氣相法制備納米粉體課件

化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法1

氣相沉積制粉是通過某種形式的能量輸入，使氣相物質(zhì)發(fā)生氣—固相變或氣相化學(xué)反應(yīng)，生成金屬或陶瓷粉體。

物理氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法氣相沉積制粉是通過某種形式的能量輸入，使2一、化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)類型分解反應(yīng)

化學(xué)氣相沉積法化合反應(yīng)一、化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)類型分解反應(yīng)化學(xué)氣相沉積法化合反應(yīng)3二、化學(xué)氣相沉積制粉原理1.化學(xué)反應(yīng)2.均相形核3.晶粒生長4.團(tuán)聚制粉過程包括四個(gè)步驟：二、化學(xué)氣相沉積制粉原理1.化學(xué)反應(yīng)制粉過程包括四個(gè)步驟4化合反應(yīng)由上式可知，化學(xué)氣相沉積反應(yīng)的控制因素包括：1）反應(yīng)溫度、2）氣相反應(yīng)物濃度、3）氣相生成物濃度1.化學(xué)反應(yīng)對一個(gè)確定的化學(xué)反應(yīng)，判斷其能否進(jìn)行的熱力學(xué)判據(jù)為：分解反應(yīng)化合反應(yīng)由上式可知，化學(xué)氣相沉積反應(yīng)的控制因素包括：1.化學(xué)5

氣相反應(yīng)發(fā)生后的瞬間，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)形成了產(chǎn)物蒸氣，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，產(chǎn)物蒸氣濃度達(dá)到過飽和狀態(tài)，這時(shí)產(chǎn)物晶核就會(huì)形成。由于體系中無晶種或晶核生成基底，因此反應(yīng)產(chǎn)物晶核的形成是個(gè)均勻形核過程。假設(shè)晶核為球形，半徑為r，則形成一個(gè)晶核，體系自由能的變化為：2.均勻形核為固氣相的體積自由能差為晶核的表面能氣相反應(yīng)發(fā)生后的瞬間，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)形成了產(chǎn)物蒸氣，當(dāng)反6臨界形核半徑對應(yīng)大小的晶核則被稱為臨界晶核臨界形核半徑對應(yīng)大小的晶核則被稱為臨界晶核7晶核的表面能晶核中原子或分子的體積玻爾茲曼常數(shù)產(chǎn)物的氣相分壓產(chǎn)物的飽和蒸氣壓，過飽和程度。P0P/P0晶核的表面能P0P/P08結(jié)論：溫度越高，過飽和度越大，則臨界晶核尺寸越小，晶核形成能越低，對晶體生成越有利。結(jié)論：9

均相晶核形成之后，穩(wěn)定存在的晶核便開始晶粒生長過程。小晶粒通過對氣相產(chǎn)物分子的吸附或重構(gòu)，使自身不斷長大。理論和實(shí)踐都表明：晶粒生長過程主要受產(chǎn)物分子從反應(yīng)體系中向晶粒表面的擴(kuò)散遷移速率所控制。3.晶粒生長

均相晶核形成之后，穩(wěn)定存在的晶核便開始晶粒生10

顆粒之間由于存在著較弱的吸附力作用，主要包括范德華力、靜電引力等，顆粒之間會(huì)發(fā)生聚集，顆粒越小，則聚集效果越明顯，這一現(xiàn)象被稱為團(tuán)聚。對于超微粉末，團(tuán)聚是一個(gè)普遍存在并不容忽視的問題，在實(shí)際使用超微粉末時(shí)，如果不能有效地解決團(tuán)聚問題，則粉末就可能失去其特有的性質(zhì)。4.團(tuán)聚

顆粒之間由于存在著較弱的吸附力作用，主要包括11三、化學(xué)氣相沉積類型

熱分解法熱分解法中最為典型的就是羰基物熱分解，它是一種由金屬羰基化合物加熱分解制取粉末的方法，整個(gè)過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是制備金屬羰基化合物三、化學(xué)氣相沉積類型熱分解法熱分解法中最為典型的就是羰基物12第一步：合成羰基鎳第二步：羰基鎳熱分解第一步：合成羰基鎳第二步：羰基鎳熱分解13氣相氫還原還原劑----氫氣氣相金屬熱還原還原劑----低熔點(diǎn)、低沸點(diǎn)的金屬（Mg、Ca、Na…）兩類反應(yīng)的反應(yīng)物均選用低沸點(diǎn)的金屬鹵化物且以氯化物為主

氣相還原法氣相氫還原還原劑----氫氣氣相還原法14

復(fù)合反應(yīng)法是一種重要的制取無機(jī)化合物，包括碳化物、氮化物、硼化物和硅化物等方法，這種方法既可制備各種陶瓷粉體也可進(jìn)行陶瓷薄膜的沉積。所用的原料是金屬鹵化物(以氯化物為主)，在一定溫度下，以氣態(tài)參與化學(xué)反應(yīng)。

復(fù)合反應(yīng)法復(fù)合反應(yīng)法是一種重要的制取無機(jī)化合物，包括碳151.碳化物反應(yīng)通式1.碳化物反應(yīng)通式162.氮化物反應(yīng)通式2.氮化物反應(yīng)通式173.硼化物反應(yīng)通式3.硼化物反應(yīng)通式184.硅化物反應(yīng)通式4.硅化物反應(yīng)通式19一些碳化物、氮化物、硅化物、硼化物的沉積條件一些碳化物、氮化物、硅化物、硼化物的沉積條件20氧化物的G0~T圖氧化物的G0~T圖21

化學(xué)氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法22

氣相沉積制粉是通過某種形式的能量輸入，使氣相物質(zhì)發(fā)生氣—固相變或氣相化學(xué)反應(yīng)，生成金屬或陶瓷粉體。

物理氣相沉積法化學(xué)氣相沉積法氣相沉積制粉是通過某種形式的能量輸入，使23一、化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)類型分解反應(yīng)

化學(xué)氣相沉積法化合反應(yīng)一、化學(xué)氣相沉積的反應(yīng)類型分解反應(yīng)化學(xué)氣相沉積法化合反應(yīng)24二、化學(xué)氣相沉積制粉原理1.化學(xué)反應(yīng)2.均相形核3.晶粒生長4.團(tuán)聚制粉過程包括四個(gè)步驟：二、化學(xué)氣相沉積制粉原理1.化學(xué)反應(yīng)制粉過程包括四個(gè)步驟25化合反應(yīng)由上式可知，化學(xué)氣相沉積反應(yīng)的控制因素包括：1）反應(yīng)溫度、2）氣相反應(yīng)物濃度、3）氣相生成物濃度1.化學(xué)反應(yīng)對一個(gè)確定的化學(xué)反應(yīng)，判斷其能否進(jìn)行的熱力學(xué)判據(jù)為：分解反應(yīng)化合反應(yīng)由上式可知，化學(xué)氣相沉積反應(yīng)的控制因素包括：1.化學(xué)26

氣相反應(yīng)發(fā)生后的瞬間，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)形成了產(chǎn)物蒸氣，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到一定程度時(shí)，產(chǎn)物蒸氣濃度達(dá)到過飽和狀態(tài)，這時(shí)產(chǎn)物晶核就會(huì)形成。由于體系中無晶種或晶核生成基底，因此反應(yīng)產(chǎn)物晶核的形成是個(gè)均勻形核過程。假設(shè)晶核為球形，半徑為r，則形成一個(gè)晶核，體系自由能的變化為：2.均勻形核為固氣相的體積自由能差為晶核的表面能氣相反應(yīng)發(fā)生后的瞬間，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)形成了產(chǎn)物蒸氣，當(dāng)反27臨界形核半徑對應(yīng)大小的晶核則被稱為臨界晶核臨界形核半徑對應(yīng)大小的晶核則被稱為臨界晶核28晶核的表面能晶核中原子或分子的體積玻爾茲曼常數(shù)產(chǎn)物的氣相分壓產(chǎn)物的飽和蒸氣壓，過飽和程度。P0P/P0晶核的表面能P0P/P029結(jié)論：溫度越高，過飽和度越大，則臨界晶核尺寸越小，晶核形成能越低，對晶體生成越有利。結(jié)論：30

均相晶核形成之后，穩(wěn)定存在的晶核便開始晶粒生長過程。小晶粒通過對氣相產(chǎn)物分子的吸附或重構(gòu)，使自身不斷長大。理論和實(shí)踐都表明：晶粒生長過程主要受產(chǎn)物分子從反應(yīng)體系中向晶粒表面的擴(kuò)散遷移速率所控制。3.晶粒生長

均相晶核形成之后，穩(wěn)定存在的晶核便開始晶粒生31

顆粒之間由于存在著較弱的吸附力作用，主要包括范德華力、靜電引力等，顆粒之間會(huì)發(fā)生聚集，顆粒越小，則聚集效果越明顯，這一現(xiàn)象被稱為團(tuán)聚。對于超微粉末，團(tuán)聚是一個(gè)普遍存在并不容忽視的問題，在實(shí)際使用超微粉末時(shí)，如果不能有效地解決團(tuán)聚問題，則粉末就可能失去其特有的性質(zhì)。4.團(tuán)聚

顆粒之間由于存在著較弱的吸附力作用，主要包括32三、化學(xué)氣相沉積類型

熱分解法熱分解法中最為典型的就是羰基物熱分解，它是一種由金屬羰基化合物加熱分解制取粉末的方法，整個(gè)過程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是制備金屬羰基化合物三、化學(xué)氣相沉積類型熱分解法熱分解法中最為典型的就是羰基物33第一步：合成羰基鎳第二步：羰基鎳熱分解第一步：合成羰基鎳第二步：羰基鎳熱分解34氣相氫還原還原劑----氫氣氣相金屬熱還原還原劑----低熔點(diǎn)、低沸點(diǎn)的金屬（Mg、Ca、Na…）兩類反應(yīng)的反應(yīng)物均選用低沸點(diǎn)的金屬鹵化物且以氯化物為主

氣相還原法氣相氫還原還原劑----氫氣氣相還原法35

復(fù)合反應(yīng)法是一種重要的制取無機(jī)化合物，包括碳化物、氮化物、硼化物和硅化物等方法，這種方法既可制備各種陶瓷粉體也可進(jìn)行陶瓷薄膜的沉積。所用的原料是金屬鹵化物(以氯化物為主)，在一定溫度下，以氣態(tài)參與化學(xué)反應(yīng)。

復(fù)合反應(yīng)法復(fù)合反應(yīng)法是一種重要的制取無機(jī)化合物，包括碳361.碳化物反應(yīng)通