合成纳米晶体PPT
合成纳米晶体的方法纳米晶体是指至少在一维方向上其尺寸在纳米量级（1~100nm）上的微小晶体。纳米晶体的尺寸小于光波波长、德布罗意波长或超导态的相干长度等...
合成纳米晶体的方法纳米晶体是指至少在一维方向上其尺寸在纳米量级（1~100nm）上的微小晶体。纳米晶体的尺寸小于光波波长、德布罗意波长或超导态的相干长度等物理特征尺寸，导致其声、光、电、磁、热力学及超导电性与宏观物质显著不同，新现象、新效应层出不穷，开辟了凝聚态物理研究的新领域。纳米晶体的合成方法多种多样，主要包括物理法、化学法及一些综合法。物理法物理法主要包括真空蒸发法、物理粉碎法、机械球磨法、高频感应加热法等。物理法合成纳米晶体的特点是通过各种物理手段直接得到纳米微粒，但设备投资较大、技术要求高、产量低、成本也相对较高，因此此法适合于实验室小量制备纳米微粒或制备一些特殊的纳米材料。真空蒸发法真空蒸发法是在真空蒸发室内放入适量的高纯金属或化合物蒸发源材料，通过高频或直流加热使源材料蒸发，蒸发出的原子或分子在冷凝室中冷却凝聚成核并生长成纳米微粒。真空蒸发法的装置比较简单，容易控制，蒸发速率快，成核速率高，因而容易制备出高纯度的单质纳米微粒。真空蒸发法特别适合于制备熔点较高、蒸气压较低的金属纳米微粒。物理粉碎法物理粉碎法是利用各种超细粉碎机械将原料直接粉碎成超细粉，该方法操作简单、投资少，但产品纯度低、颗粒分布不均匀，仅适用于制备一些对纯度和粒度要求不高的纳米材料。机械球磨法机械球磨法是将金属或合金粉末在高能球磨机中长时间研磨，通过硬球与原料之间或原料之间强烈的冲击、碰撞、剪切、摩擦等复合力的作用，使粉末颗粒反复产生冷焊、断裂，导致粉末颗粒中原子扩散，形成合金化，最终得到纳米晶体材料。高频感应加热法高频感应加热法是利用高频感应加热装置，使金属或合金局部迅速熔化，在随后快速冷却过程中形成纳米晶体材料。高频感应加热法的显著优点是加热速度快、时间短，因此可有效地防止杂质元素的渗入和蒸发，其纯度较高，工艺简单，易于实现自动化和连续化。化学法化学法是目前实验室和工业上制备纳米材料最常用的方法，主要包括沉淀法、水热法、溶胶-凝胶法、微乳液法、喷雾法、化学气相沉积法等。化学法合成纳米晶体的最大特点是通过各种化学反应使原料中的原子或分子成键并结合成纳米晶体，因此可以制备出用物理方法难以制备或不能制备的纳米晶体材料，尤其是可以制备出具有特殊性能的纳米复合材料。化学法的设备相对简单，操作容易，可以大规模生产，但一般需要高温、高压或真空条件，有时还需要使用有机溶剂甚至是有毒物质，存在环境污染问题。沉淀法沉淀法是通过向溶液中加入适当的沉淀剂，使溶液中存在的阳离子完全沉淀，或使溶液中的阴阳离子按一定的比例共同沉淀，从而生成所需的纳米微粒。沉淀法操作简单、易于工业化生产，但制备过程中可能引入杂质，而且沉淀剂过量会加大后处理过程的难度，甚至影响最终产品的性能。水热法水热法又称热液法，是指在密封的压力容器中，以水作为溶剂，通过对反应容器加热，创造一个高温、高压的反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶。水热法直接以液体作为反应介质，反应在液相或气相中进行，因此反应温度相对较低，而且反应过程易于控制，产物结晶良好且易于分离，产品纯度高、分散性好、结晶形貌与大小可控，因此是一种很有发展前途的制备纳米微粒的方法。溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是利用含高化学活性组分的化合物作前驱体，在液相下将这些原料均匀混合并进行水解、缩合化学反应，在溶液中形成稳定的透明溶胶体系，溶胶经陈化胶粒间缓慢聚合，形成三维空间网络结构的凝胶，凝胶网络间充满了失去流动性的溶剂，形成凝胶。凝胶经过干燥、烧结固化制备出分子乃至纳米亚结构的材料。溶胶-凝胶法最大的优点是可以在低温下制备出纯度高、粒径分布均匀、化学活性大的单组份或多组份分子级混合物，而且反应过程易于控制，可实现工业化生产。微乳液法微乳液通常是由表面活性剂、助表面活性剂、油（通常为碳氢化合物）和水组成的热力学稳定、各向同性、透明或半透明的分散体系。微乳液法就是将两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。微乳液法的优点是粒子不易聚结喷雾法喷雾法是一种将溶液通过各种物理手段雾化成微小液滴，并使其快速干燥或经过热解过程制备纳米微粒的方法。喷雾法包括喷雾干燥法、喷雾热解法和喷雾燃烧法等。喷雾法可以制备出球形度高、粒径分布均匀、纯度高、密度大、松装密度小、流动性好的纳米微粒，特别适合于制备高熔点金属、合金、氧化物、复合氧化物超细粉末或纳米纤维。化学气相沉积法化学气相沉积法是利用气态的先驱反应物，通过原子、分子间化学反应的途径生成固态沉积物的技术。化学气相沉积法具有设备简单、操作灵活、产物纯度高、颗粒均匀、分散性好、化学反应活性高等特点，特别适合于制备金属、氧化物、碳化物等纳米微粒。综合法综合法是指结合物理法和化学法的特点，通过综合处理过程制备纳米晶体的方法。综合法能够结合不同方法的优点，同时克服各自的缺点，因此是一种具有广阔发展前景的纳米晶体合成方法。物理化学法物理化学法是一种结合物理和化学手段制备纳米晶体的方法。例如，激光脉冲加热蒸发法就是利用高能激光束照射靶材表面，使靶材瞬间蒸发形成高温高压的等离子体，随后快速冷凝形成纳米晶体。这种方法具有制备速度快、纯度高、粒径小且分布均匀等优点。微波法微波法是利用微波加热的特点，使反应物在微波辐射下快速均匀地加热，从而实现纳米晶体的制备。微波法具有加热速度快、能量利用率高、操作简便等优点，特别适合于制备一些对温度敏感的纳米晶体材料。超声法超声法是利用超声波在液体中产生的空化效应，使液体中的分子或离子在空化泡崩溃时产生高温高压环境，从而引发化学反应制备纳米晶体的方法。超声法具有设备简单、操作方便、反应条件温和等优点，特别适合于制备一些对温度敏感的纳米晶体材料。总结：纳米晶体的合成方法多种多样，包括物理法、化学法以及综合法。这些方法各有优缺点，需要根据具体的材料性质、实验条件和应用需求来选择合适的合成方法。随着科学技术的不断发展，新的合成方法和技术将不断涌现，为纳米晶体材料的研究和应用提供更多的可能性。
