纳米材料的物理合成法

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1、纳米材料的物理合成法纳米材料的物理合成法1、物理合成法的定义、物理合成法的定义采用光、电技术使材料在真空或惰性气氛采用光、电技术使材料在真空或惰性气氛中蒸发，然后使原子或分子形成纳米颗粒，中蒸发，然后使原子或分子形成纳米颗粒，以及球磨、喷雾等以力学过程为主的制备以及球磨、喷雾等以力学过程为主的制备技术。技术。1.1、蒸发、蒸发-冷凝法冷凝法 蒸发冷凝法是指在蒸发冷凝法是指在高真空高真空的条件下，金属的条件下，金属试样经试样经蒸发后冷凝蒸发后冷凝。试样蒸发方式包括。试样蒸发方式包括电电弧放电弧放电产生产生高能电脉冲高能电脉冲或或高频感应高频感应等以产等以产生生高温等离子体高温等离子体，使金属蒸发

2、。蒸发冷凝，使金属蒸发。蒸发冷凝法制备的超微颗粒具有如下特征：法制备的超微颗粒具有如下特征：高纯高纯度；度；粒径分布窄；粒径分布窄；良好结晶和清洁表良好结晶和清洁表面；面；粒度易于控制等。在原则上适用于粒度易于控制等。在原则上适用于任何被蒸发的元素以及化合物。任何被蒸发的元素以及化合物。1.1.1、电阻加热法电阻加热法原理原理: :物质物质( (金属离子化合物等金属离子化合物等) ) 置于柑蜗内通过电阻等加热装置加热蒸发，产生蒸发置于柑蜗内通过电阻等加热装置加热蒸发，产生蒸发质烟雾，由于惰性气体的对流，烟雾向上移动，并接近充液氮的冷却棒质烟雾，由于惰性气体的对流，烟雾向上移动，并接近充液氮的冷

3、却棒) )。在蒸发过程。在蒸发过程中，元物质的原子与惰性气体原子碰撞而冷却，在接近冷却棒的过程中，元物质蒸汽首中，元物质的原子与惰性气体原子碰撞而冷却，在接近冷却棒的过程中，元物质蒸汽首先形成原子簇然后形成单个纳米微粒。最后在冷却棒表面上积聚起来，刮下并收集起先形成原子簇然后形成单个纳米微粒。最后在冷却棒表面上积聚起来，刮下并收集起来获得纳米粉。来获得纳米粉。特点特点: :加热方式简单加热方式简单, ,工作温度受坩埚材料的限制工作温度受坩埚材料的限制, ,还可能与坩埚反应。所以一般用来制还可能与坩埚反应。所以一般用来制备备AlAl、CuCu、AuAu等低熔点金属的纳米粒子。等低熔点金属的纳米粒

4、子。1.1.21.1.2、高频感应法高频感应法 原理原理: :以高频感应线圈为热源以高频感应线圈为热源, ,使坩埚内的导电物质在涡流作使坩埚内的导电物质在涡流作用下加热，在低压惰性气体中蒸发用下加热，在低压惰性气体中蒸发, ,蒸发后的原子与惰性气体蒸发后的原子与惰性气体原子碰撞冷却凝聚成纳米颗粒。原子碰撞冷却凝聚成纳米颗粒。特点特点：采用坩埚，一般也只是制备象低熔点金属的低熔点物：采用坩埚，一般也只是制备象低熔点金属的低熔点物质。质。高频感应的加热原理高频感应的加热原理 感应加热是利用导体在高频磁场作用下感应加热是利用导体在高频磁场作用下 产生的感应电流产生的感应电流(涡流损耗涡流损耗)。以及

5、导体内磁。以及导体内磁场的作用场的作用(磁滞损耗磁滞损耗)引起导体自身发热而进引起导体自身发热而进行加热的。行加热的。 1.1.31.1.3、溅射法溅射法 原理原理: : 用两块金属板分别作为阳极用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入两电极间充入ArAr气气(40(40250Pa)250Pa)，两，两电极问施加的电压范围为电极问施加的电压范围为0.30.31.5kv1.5kv。由于两极间的辉光放电使。由于两极间的辉光放电使ArAr离子形成，在电场的作用下离子形成，在电场的作用下ArAr离子离子冲击阴极靶材表面，使靶材原子从冲击阴极靶材表

6、面，使靶材原子从其表面蒸发出来形成超微粒子并其表面蒸发出来形成超微粒子并在附着面上沉积下来在附着面上沉积下来特点特点:(1) :(1) 可制备多种纳米金属，包可制备多种纳米金属，包括高熔点和低熔点金属。常规的热括高熔点和低熔点金属。常规的热蒸发法只能适用于低熔点金属；蒸发法只能适用于低熔点金属；（2)2)能制备多组元的化合物纳米微能制备多组元的化合物纳米微粒，如粒，如A1A15252TiTi4848、CuCu9191MnMn9 9及及ZrOZrO2 2等；等；(3) (3) 通过加大被溅射的阴极表面可通过加大被溅射的阴极表面可提高纳米微粒的获得量。提高纳米微粒的获得量。磁控溅射法磁控溅射法 磁

7、控溅射是一种溅射镀膜法，它对阴极溅射中电子使基片温度上升过快的缺磁控溅射是一种溅射镀膜法，它对阴极溅射中电子使基片温度上升过快的缺点加以改良，在被溅射的靶极（阳极）与阴极之间加一个正交磁场和电场，电点加以改良，在被溅射的靶极（阳极）与阴极之间加一个正交磁场和电场，电场和磁场方向相互垂直。场和磁场方向相互垂直。 溅射镀膜机溅射镀膜机 1.1.41.1.4、流动液面真空蒸镀法流动液面真空蒸镀法原理原理: :在高真空中蒸发的金属在高真空中蒸发的金属原子在流动的油面内形成极超原子在流动的油面内形成极超微粒子，产品为含有大量超微微粒子，产品为含有大量超微粒的糊状油粒的糊状油, 高真空中的蒸高真空中的蒸发

8、是采用电子束加热发是采用电子束加热, 当水冷当水冷铜坩埚中的蒸发原料被加热蒸铜坩埚中的蒸发原料被加热蒸发时，打开快门，使蒸发物镀发时，打开快门，使蒸发物镀在旋转的圆盘表面上形成了纳在旋转的圆盘表面上形成了纳米粒子。含有纳米粒子的油被米粒子。含有纳米粒子的油被甩进了真空室沿壁的容器中，甩进了真空室沿壁的容器中，然后将这种超微粒含量很低的然后将这种超微粒含量很低的油在真空下进行蒸馏使它成油在真空下进行蒸馏使它成为浓缩的含有纳米粒子的糊状为浓缩的含有纳米粒子的糊状物。物。1.1.51.1.5、通电加热蒸发法通电加热蒸发法原理原理: :通过碳棒与金属相接触，通过碳棒与金属相接触，通电加热使金属熔化金属