納米材料--簡(jiǎn)介.ppt

1、走進(jìn)納米材料世界,化學(xué)工藝 王莉娜,內(nèi) 容,第一部分、納米材料概述 第二部分、納米材料的結(jié)構(gòu)與性能 第三部分、典型納米材料的應(yīng)用,一、納米科技的誕生 二、納米技術(shù)與納米材料的概念 三、納米科技研究的重要性 四、納米材料的分類,第一部分、概 述,一、納米科技的誕生,著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者理查德費(fèi)曼憧憬說：“如果有一天可以按人的意志安排一個(gè)個(gè)原子，將會(huì)產(chǎn)生怎樣的奇跡？”小尺寸大世界,費(fèi)曼納米科技之父,一、納米科技的誕生,費(fèi)曼預(yù)言，人類可以用小的機(jī)器制作更小的機(jī)器，最后將變成根據(jù)人類意愿逐個(gè)地排列原子，制造“產(chǎn)品”，這是關(guān)于納米技術(shù)最早的夢(mèng)想。 七十年代，科學(xué)家開始從不同角度提出有關(guān)納米科技的

2、構(gòu)想。,1990年美國(guó)國(guó)際商用機(jī)器公司在鎳表面用35個(gè)氙（xian）原子排出“IBM” 。 中國(guó)科學(xué)院北京真空物理實(shí)驗(yàn)室自如地操縱原子成功寫出“中國(guó)”二字，標(biāo)志著我國(guó)開始在國(guó)際納米科技領(lǐng)域占有一席之地。,納米算盤 C60每10個(gè)一組，在銅表面形成世界上最小的算盤。,硅表面,C601985年Smalley（2005.10去世）與英國(guó)的Kroto等人在瑞斯(Rice)大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室采用激光轟擊石墨靶，并用甲苯來收集碳團(tuán)簇、通稱為C60。,二、納米材料的概念 納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍(1-100nm)或由它們作為基本單元構(gòu)成的材料的單晶體或多晶體，由于晶粒細(xì)小，使其晶界上的原

3、子數(shù)多于晶粒內(nèi)部，產(chǎn)生高濃度的晶界。,How small is 1 nanometer?,Human Hair,一納米有多?。?10 納米,空間尺度的劃分,宇觀(Cosmoscopic) 宏觀(Macroscopic) 人的肉眼可見的物體為最小物體開始為下限，上至無限大的宇宙天體； 介觀(Mesoscopic)或納米觀(Nanoscopic): 1100nm 1nm=10-9m，氫原子的直徑為1埃 微觀(Microscopic) 以分子原子為最大起點(diǎn)，下限是無限的領(lǐng)域。,血液中的紅血球大小為200300nm。病毒 幾十個(gè)nm所以納米粒子小于紅血球，與病毒大小相當(dāng)。,例,原子分子 原子團(tuán)簇 納米

4、粒子 納米材料 宏觀物體 微觀 宏觀,介觀,物質(zhì)大小,空間尺度,三、納米科技研究的重要性,納米科學(xué)和納米技術(shù)是21世紀(jì)最具發(fā)展前景和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的高新產(chǎn)業(yè)之一，在21世紀(jì)將改變幾乎每一件人造物體的特性。材料性能的重大改變和制造模式方法的改變，將引發(fā)一場(chǎng)工業(yè)革命。,它從誕生起就迅速引起世界各國(guó)尤其是大國(guó)的重視和投資研究。,納米技術(shù)是跨世紀(jì)的新學(xué)科，是國(guó)際科學(xué)界工程技術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)，是20世紀(jì)末興起的一個(gè)高科技領(lǐng)域。 納米技術(shù)將對(duì)面向21世紀(jì)的信息技術(shù)、生命科學(xué)、分子生物學(xué)、新材料等領(lǐng)域具有重大意義，它將會(huì)是一項(xiàng)重大的技術(shù)革命，必將引起21世紀(jì)的又一次產(chǎn)業(yè)革命。,納米科技的戰(zhàn)略地位,美國(guó)：1998,

5、 克林頓總統(tǒng)主持內(nèi)閣會(huì)議，訂立國(guó)家納米發(fā)展規(guī)劃； 日本：1999， 森喜朗首相主持內(nèi)閣會(huì)議，訂立國(guó)家納米發(fā)展規(guī)劃； 中國(guó)：2000，朱镕基總理召見中科院副院長(zhǎng)白春禮院士，成立國(guó)家納米發(fā)展協(xié)調(diào)領(lǐng)導(dǎo)小組。,制定階段,90年代初期，美國(guó)正式把納米技術(shù)列為“國(guó)家關(guān)鍵技術(shù)”，新世紀(jì)伊始，又發(fā)布了納米技術(shù)：要引發(fā)下一場(chǎng)工業(yè)革命。在其后的十年間相繼成功研發(fā)了各種新型納米粉體、納米芯片、納米傳感器等眾多具有代表性的產(chǎn)品； 歐洲在1993年提出的9項(xiàng)未來發(fā)展關(guān)鍵中，4項(xiàng)涉及納米技術(shù)；,三、納米科技研究的重要性,實(shí)施階段,日本也大力積極參與到納米研究中，提出納米技術(shù)將作為重振日本經(jīng)濟(jì)的“立國(guó)之本”。 中國(guó)作為國(guó)際

6、上為數(shù)不多的率先開展納米技術(shù)研究的國(guó)家，在納米領(lǐng)域取得了許多舉世矚目的成就。2001年，我國(guó)制定了納米產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，2005年批準(zhǔn)并發(fā)布了七項(xiàng)納米技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。一項(xiàng)項(xiàng)的成果表明我國(guó)納米技術(shù)的研究和發(fā)展均處于世界前列，這也為我國(guó)納米技術(shù)的后續(xù)研究發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。,三、納米科技研究的重要性,四、納米材料的分類,按結(jié)構(gòu)可分為 （1）零維納米材料：指空間三維尺度均在納米尺度以內(nèi)的材料，如納米粒子、原子團(tuán)簇等。 （2）一維納米材料：有一維處于納米尺度的材料，如納米線、納米管。 （3）二維納米材料：在三維空間有二維在納米尺度的材料，如超薄膜。 （4）三維納米材料：納米固體材料，超微顆粒，組裝納米材

7、料。,納米顆粒（0D）,納米線（1D）,扭曲的納米線 （1D）,多孔納米線（1D）,納米膜（2D） 尺寸在納米量級(jí)的晶粒（或顆粒）構(gòu)成的薄膜以及每層厚度在納米量級(jí)的單層或多層膜。,納米帶（2D）,納米花（2D）,陣列狀納米棒、線,納米管,(3D),納米花（3D）,顆粒、線、塊、花,奇妙的碳納米管,這是石墨中一層或若干層碳原子卷曲而成的籠狀“纖維”，內(nèi)部是空的，外部直徑只有幾到幾十納米，長(zhǎng)度可達(dá)數(shù)微米甚至數(shù)毫米。,碳納米管本身有非常完美的結(jié)構(gòu)，意味著它有好的性能。它在一維方向上的強(qiáng)度可以超過鋼絲強(qiáng)度，它還有其他材料所不具備的性能：非常好的導(dǎo)電性能、導(dǎo)熱性能和電性能。,碳納米管尺寸盡管只有頭發(fā)絲的

8、十萬分之一，但它的導(dǎo)電率是銅的1萬倍，它的強(qiáng)度是鋼的100倍而重量只有鋼的六分之一。它像金剛石那樣硬，卻有柔韌性，可以拉伸。它的熔點(diǎn)是已知材料中最高的。,納米碳管和苯分子構(gòu)成的齒輪,納米碳管儲(chǔ)氫,高質(zhì)量的碳納米管能儲(chǔ)存大 量氫氣，從而可以實(shí)現(xiàn)用氫 氣為燃料驅(qū)動(dòng)無污染汽車。,H2原子和C納米管,碳納米管 轉(zhuǎn)子納米馬達(dá),納米機(jī)器人在清理血管中的有害堆積物,納米秤,能稱量?jī)|億萬分之 二百克的單個(gè)病毒,DNA納米鑷子,第二部分、納米材料的結(jié)構(gòu),一、表面效應(yīng) 二、小尺寸效應(yīng) 三、量子尺寸效應(yīng) 四、宏觀量子隧道效應(yīng),一、表面效應(yīng),定義 固體表面原子和內(nèi)部原子多處于不同環(huán)境下，當(dāng)粒子直徑比原子直徑大時(shí)，表面

9、能可以忽略，當(dāng)粒子直徑逐漸接近原子直徑時(shí)，表面原子的數(shù)目及作用不能忽略，這時(shí)粒子的比表面積、表面能、表面結(jié)合能都發(fā)生很大的變化。由此引起的種種特殊效應(yīng)稱為表面效應(yīng)。 特性 粒子小，比表面積急遽變化增大，表面原子數(shù)增多，表面能高，原子配位不足，使得表面原子具有高活性，不穩(wěn)定，易結(jié)合。,粒子的大小與表面原子數(shù)的關(guān)系,表面效應(yīng),納米顆粒的表面效應(yīng)活性,高活性 超微顆粒的表面具有很高的活性，在空氣中有些金屬顆粒會(huì)迅速氧化而燃燒。如果將金屬銅或鋁做成幾個(gè)納米的顆粒，一遇到空氣就會(huì)產(chǎn)生激烈的燃燒，發(fā)生爆炸。 應(yīng)用 用納米顆粒的粉體做成火箭的固體燃料將會(huì)有更大的推力，可以用作新型火箭的固體燃料，也可用作烈性

10、炸藥。,例,二、小尺寸效應(yīng),當(dāng)超細(xì)微粒的尺寸與光波波長(zhǎng)、德布羅意波長(zhǎng)以及超導(dǎo)態(tài)的相干長(zhǎng)度或透射深度等物理特征尺寸相當(dāng)或更小時(shí)，晶體周期性的邊界條件將被破壞；非晶態(tài)納米微粒的顆粒表面層附近原子密度減小，導(dǎo)致聲、光、電、磁、熱力學(xué)等特性呈現(xiàn)新的小尺寸效應(yīng)。,條件,結(jié)果,現(xiàn)象,二、小尺寸效應(yīng)的體現(xiàn),特殊的光學(xué)性質(zhì)顏色加深 超微納米顆粒的不穩(wěn)定性 納米微粒的熔點(diǎn)降低,三、量子尺寸效應(yīng),定義 當(dāng)粒子尺寸下降到某一值時(shí)，金屬費(fèi)米能級(jí)附近的電子能級(jí)由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級(jí)的現(xiàn)象和納米半導(dǎo)體微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道和最低未被占據(jù)的分子軌道能級(jí)，能隙變寬現(xiàn)象均稱為量子尺寸效應(yīng)。,粗晶下的難以發(fā)光的間隙半導(dǎo)

11、體材料Si、Ge等，粒徑減小到納米級(jí)時(shí)表現(xiàn)出明顯的發(fā)光現(xiàn)象，粒徑越小光強(qiáng)越強(qiáng). 細(xì)晶強(qiáng)化效應(yīng) 材料硬度和強(qiáng)度隨著晶粒尺寸的減小而增大，導(dǎo)電性改變。,例,四、宏觀量子隧道效應(yīng),定義 宏觀量子隧道效應(yīng)是基本的量子現(xiàn)象之一，即當(dāng)微觀粒子的總能量小于勢(shì)壘高度時(shí)，該粒子仍能穿越這一勢(shì)壘。近年來，人們發(fā)現(xiàn)一些宏觀量，例如微顆粒的磁化強(qiáng)度，量子相干器件中的磁通量等亦有隧道效應(yīng)，稱為宏觀的量子隧道效應(yīng)。,經(jīng)典理論和量子理論的差別,納米材料的性能,一、力學(xué)性能 二、電學(xué)性能 三、磁學(xué)性能 四、熱學(xué)性能 五、化學(xué)性能,一、力學(xué)性能,力學(xué)性能 （1）晶界結(jié)構(gòu)缺陷、晶界滑移、位錯(cuò)運(yùn)動(dòng) （2）楊氏模量減小，硬度提高 納

12、米材料晶界原子間隙的增加，使其楊氏模量減小，硬度提高 (楊氏模量是表征在彈性限度內(nèi)物質(zhì)材料抗拉或抗壓的物理量，在物體的彈性限度內(nèi)，應(yīng)力與應(yīng)變成正比，比值被稱為材料的楊氏模量 ) 。 （3）強(qiáng)度和硬度高 晶粒減小到納米級(jí)，材料的強(qiáng)度和硬度比粗晶材料提高4-5倍。,二、電學(xué)性能,晶界上原子體積分?jǐn)?shù)增加，納米材料的電阻高于同類粗晶材料。 納米材料在磁場(chǎng)中材料電阻減小的現(xiàn)象十分明顯。磁場(chǎng)中粗晶電阻僅下降1%-2%,納米材料可達(dá)50%-80%，這個(gè)性質(zhì)很重要。,三、磁學(xué)性能,超順磁狀態(tài) 納米粒子尺寸小到一定臨界值時(shí)，進(jìn)入超順磁狀態(tài)。 例如：20nm的純鐵粒子的矯頑力是大塊鐵的1000倍；但當(dāng)尺寸再減小時(shí)

13、，其矯頑力而有時(shí)下降到零，表現(xiàn)出超順磁性。,三、磁學(xué)性能,納米材料隨著晶粒尺寸的減小，樣品的磁有序狀態(tài)將發(fā)生改變。粗晶狀態(tài)下為鐵磁性的材料，當(dāng)顆粒尺寸小于某一臨界值時(shí)，矯頑力趨向于0，轉(zhuǎn)變?yōu)槌槾艩顟B(tài)。 這是由于納米材料中晶粒取向是無規(guī)則的，因此，各個(gè)晶粒的磁距也是混亂排列的，當(dāng)小晶粒的磁各向異性能減小到與熱運(yùn)動(dòng)能基本相等時(shí)，磁化方向就不再固定在一個(gè)易磁化方向而作無規(guī)律變化，結(jié)果導(dǎo)致超順磁性的出現(xiàn)。,三、磁學(xué)性能,磁熱性質(zhì) 在非磁或弱磁基體中包含很小的磁微粒。當(dāng)其處于磁場(chǎng)中，微粒的磁旋方向與磁場(chǎng)相匹配，增加了磁有序性，降低了系統(tǒng)的熵，若過程絕熱，樣品溫度將升高。,四、熱學(xué)性能,比熱大 納米材料

14、中，界面原子排列混亂，原子密度低，原子間耦合較弱，導(dǎo)致納米材料的比熱比粗晶大。 納米微粒的熔點(diǎn)、燒結(jié)溫度、晶化溫度比常規(guī)粉體低得多（納米材料的表面性質(zhì)決定）。 例如：通常大尺寸金屬的熔點(diǎn)是固定的，超細(xì)化后卻發(fā)現(xiàn)其熔點(diǎn)顯著降低，當(dāng)顆粒小于10nm量級(jí)時(shí)尤為顯著。,五、化學(xué)性能,化學(xué)活性高 納米材料比表面積大，界面原子數(shù)多，界面原子區(qū)域原子擴(kuò)散系數(shù)高，原子配位不飽和性，使得納米材料具有較高的化學(xué)活性。 催化活性提高到幾十倍到上百倍。,第三部分、納米材料的應(yīng)用,第三部分、納米材料的應(yīng)用,一、納米二氧化鈦 二、納米二氧化硅 三、納米氧化鋅 四、納米碳化硅,納米二氧化鈦及其復(fù)合氧化物,應(yīng)用 （1）光催化

15、劑： TiO2SnO2 復(fù)合氧化物較單一級(jí) 純TiO2 有較高的光催化活性。 （2）紫外吸收劑（化妝品） （3）其他用途（光過濾等） （4）環(huán)境保護(hù)（降解有機(jī)物、農(nóng)藥、垃圾）,中國(guó)科學(xué)院首次打造出的“納米皇冠”,納米TiO2在可見光照射下對(duì)碳?xì)浠衔?包括油污、細(xì)菌等)有催化作用，使其進(jìn)一步氧化成氣體或者是很容易被擦掉的物質(zhì)。 在玻璃、陶瓷和瓷磚的表面涂上一層納米TiO2薄層，使其具有自清潔作用。,國(guó)家大劇院用的自清潔玻璃,TiO2車用空氣清凈機(jī),二、納米二氧化硅,1、優(yōu)勢(shì) 納米二氧化硅是極其重要的高科技超微細(xì)無機(jī)新材料之一，因其粒徑很小，比表面積大，表面吸附力強(qiáng)，表面能大，化學(xué)純度高、分散性

16、能好、熱阻、電阻等方面具有特異的性能，以其優(yōu)越的穩(wěn)定性、補(bǔ)強(qiáng)性、增稠性和觸變性，在眾多學(xué)科及領(lǐng)域內(nèi)獨(dú)具特性，有著不可取代的作用。,2、應(yīng)用 納米二氧化硅俗稱“超微細(xì)白炭黑”，廣泛用于各行業(yè)作為添加劑、催化劑載體，石油化工，脫色劑，消光劑，橡膠補(bǔ)強(qiáng)劑，塑料充填劑，油墨增稠劑，金屬軟性磨光劑，絕緣絕熱填充劑，高級(jí)日用化妝品填料及噴涂材料、醫(yī)藥、環(huán)保等各種領(lǐng)域。,二、納米二氧化硅,納米SiO2催化劑,利用納米SiO2可以進(jìn)行細(xì)胞分離,三、納米氧化鋅,1、優(yōu)勢(shì) 納米氧化鋅(ZnO)粒徑介于1-100 nm之間，是一種面向21世紀(jì)的新型高功能精細(xì)無機(jī)產(chǎn)品，表現(xiàn)出許多特殊的性質(zhì)，如非遷移性、熒光性、壓電性

17、、吸收和散射紫外線能力等。,三、納米氧化鋅,2、應(yīng)用 利用其在光、電、磁、敏感等方面的奇妙性能，可制造氣體傳感器、熒光體、變阻器、紫外線遮蔽材料、圖像記錄材料、壓電材料、壓敏電阻、高效催化劑、磁性材料和塑料薄膜等。,納米氧化鋅輪胎,氧化鋅納米線,納米氧化鋅激光器,四、納米碳化硅,應(yīng)用 碳化硅纖維與金屬或陶瓷制成的復(fù)合材料 （1）用作航天工業(yè)材料。碳化硅纖維復(fù)合樹脂用于制作飛機(jī)的主體和機(jī)翼，其重量減輕23；用于制作火箭的外殼，不僅重量輕、強(qiáng)度高，而且熱膨脹系數(shù)也大大減少。 （2）用作體育器材。由于該材料質(zhì)輕、強(qiáng)度高、耐熱性能好，可以廣泛用于制造賽艇、賽車、摩托車和輕快自行車；也可制造網(wǎng)球拍、跳桿

18、等。,五、納米碳化硅,應(yīng)用 （3）用作醫(yī)療器材。由于該材料的X射線透過性強(qiáng)、材質(zhì)強(qiáng)度高，用于制造X光機(jī)的部件和人造關(guān)節(jié)。 （4）用于特殊的地下電纜、輸水管道、橋梁等的工程材料。 （5）用于高科技領(lǐng)域。,火箭筒納米涂層,小型火箭,納米依星通訊系統(tǒng),可仿生出汗的航天飛機(jī),隱身戰(zhàn)斗機(jī),謝 謝 ！,補(bǔ)充內(nèi)容,四、納米材料的分類,2、按組成可分為 （1）金屬納米材料 （2）半導(dǎo)體納米材料 （3）有機(jī)和高分子納米材料 （4）復(fù)合納米材料：無機(jī)粒子與有機(jī)高分子復(fù)合材料，無機(jī)半導(dǎo)體的核殼結(jié)構(gòu)。,四、納米材料的分類,3、 按材料物性可分為 （1）納米半導(dǎo)體 （2）納米磁性材料 （3）納米非線性光學(xué)材料 （4）納

19、米鐵電體 （5）納米超導(dǎo)材料 （6）納米熱電材料,四、納米材料的分類,4、按應(yīng)用領(lǐng)域可分為 （1）納米電子材料 （2）納米光電子材料 （3）納米生物醫(yī)藥材料 （4）納米敏感材料 （5）納米儲(chǔ)能材料,四、納米材料的分類,5、按化學(xué)組分可分為 （1）納米金屬 （2）納米晶體 （3）納米陶瓷 （4）納米玻璃 （5）納米高分子 （6）納米復(fù)合材料,小尺寸效應(yīng)的體現(xiàn),若用高倍率電子顯微鏡對(duì)金超微顆粒（直徑2nm）進(jìn)行觀察，發(fā)現(xiàn)這些顆粒沒有固定的形態(tài)，隨著時(shí)間的變化會(huì)自動(dòng)形成各種形狀（如立方八面體，十面體、二十面體等），它既不同于一般固體，有不同于液體，是一種準(zhǔn)固體。在電子顯微鏡的電子束照射下，表面原子仿

20、佛進(jìn)入了沸騰狀態(tài)，尺寸大于10nm后才看不到這種顆粒結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性。,超微納米顆粒的不穩(wěn)定性,熔點(diǎn)降低 Au1064 2nmAu327 Cu327 20nmCu39 Ag900 納米Ag100,例,三、量子尺寸效應(yīng),產(chǎn)生量子效應(yīng)的原因 對(duì)于宏觀物體包含無限個(gè)原子，N，于是0，即宏觀物體的能級(jí)間距幾乎為零。而納米微粒包含的原子數(shù)有限，N值很小，能級(jí)間距將發(fā)生分裂，這就導(dǎo)致納米微粒磁、光、聲、熱、電以及超導(dǎo)電性與宏觀特性不同，從而產(chǎn)生量子尺寸效應(yīng)。 例如，溫度為1K時(shí)，直徑小于14nm 的銀納米顆粒會(huì)變成絕緣體。,STM具有空間的高分辨率(橫向可達(dá)0.1nm，縱向可達(dá)001nm)，能直接觀察到物質(zhì)

21、表面的原子結(jié)構(gòu)，把人們帶到了微觀世界。它的基本原理是基于量子隧道效應(yīng)和掃描。它是用一個(gè)極細(xì)的針尖(針尖頭部為單個(gè)原子)去接近樣品表面，當(dāng)針尖和表面靠得很近時(shí)(1nm)，針尖頭部原子和樣品表面原子的電子云發(fā)生重迭，若在針尖和樣品之間加上一個(gè)偏壓、電子便會(huì)通過針尖和樣品構(gòu)成的勢(shì)壘而形成隧道電流。通過控制針尖與樣品表面間距的恒定并使針尖沿表面進(jìn)行精確的三維移動(dòng)，就可把表面的信息；(表面形貌和表面電子態(tài))記錄下來。由于STM具有原子級(jí)的空間分辨率和廣泛的適用性，國(guó)際上掀起了研制和應(yīng)用STM的熱潮，推動(dòng)了納米科技的發(fā)展。,STM針尖 掃描隧道顯微鏡工作原理示意圖,水熱合成法,1、定義 在特制的密閉反應(yīng)容

22、器里（高壓釜），采用水溶液作為反應(yīng)介質(zhì)，通過對(duì)反應(yīng)容器加熱，創(chuàng)造一個(gè)相對(duì)高溫（100-1000）、高壓（1-100MPa）的反應(yīng)環(huán)境，使得通常難溶或不溶的物質(zhì)溶解并重結(jié)晶，從而進(jìn)行無機(jī)合成與材料處理的一種有效方法。 高溫高壓下一些氫氧化物在水中的溶解度大于對(duì)應(yīng)的氧化物在水中的溶解度，氫氧化物溶于水中同時(shí)析出氧化物。,水熱合成法,2、水熱反應(yīng)高壓反應(yīng)釜 高壓釜是進(jìn)行高溫高壓水熱與溶劑熱合成的基本設(shè)備，研究的內(nèi)容和水平在很大程度上都取決于反應(yīng)釜的性能和效果。 在高壓容器的材料選擇上，要求機(jī)械強(qiáng)度大、耐高溫、耐腐蝕和易加工，高壓容器一般用特種不銹鋼制成,釜內(nèi)襯有化學(xué)惰性材料，如Pt、Au等貴金屬和聚

23、四氟乙烯等耐酸堿材料 。,簡(jiǎn)易高壓反應(yīng)釜實(shí)物圖,水熱合成法,3、工藝流程,水熱合成法,水熱合成法,4、水熱法特點(diǎn) （1）水熱條件下物質(zhì)的物理性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)性與通常的條件相比有較大的改變，反應(yīng)物反應(yīng)性能改變、活性提高，水熱條件下的反應(yīng)在通常條件下難于發(fā)生。 （2）水熱條件下易于生成中間態(tài)、介穩(wěn)態(tài)及特殊相，能夠合成和開發(fā)出具有特種介穩(wěn)結(jié)構(gòu)、特種凝聚態(tài)的新產(chǎn)物。,水熱合成法,（3）能夠使低熔點(diǎn)化合物、高蒸汽壓且不能在熔體中生成的物質(zhì)、高溫分解相在水熱低溫條件下晶化生成。 （4）水熱條件，有利于生長(zhǎng)極少缺陷、取向好、完美的晶體，產(chǎn)物結(jié)晶度高，而且易于控制產(chǎn)物晶體的粒度。 （5）水熱條件下的環(huán)境氣氛易于

24、調(diào)節(jié)(隔絕空氣)， 因此易于制得低價(jià)態(tài)、中間價(jià)態(tài)和特殊價(jià)態(tài)的化合物，還能夠進(jìn)行均勻地?fù)诫s。,水熱合成法,5、優(yōu)點(diǎn) 所得產(chǎn)物純度高，分散性好、粒度易控制。 如在無機(jī)合成反應(yīng)中，有一些反應(yīng)從熱力學(xué)角度分析，認(rèn)為是可以進(jìn)行的反應(yīng)，但在常溫常壓下實(shí)際的反應(yīng)速度卻極慢，甚至喪失其實(shí)用價(jià)值。而在水熱條件下，情況則立即得到明顯改善，有可能得到人們所需要的超細(xì)粉。 水熱條件(高溫高壓)下可以加速水溶液中的離子反應(yīng)和促進(jìn)水解反應(yīng)，有利于原子、離子的再分配和重結(jié)晶等，因此具有很廣的實(shí)用價(jià)值。,水熱合成法,6、局限 該法適用于氧化物功能材料或少數(shù)對(duì)水不敏感的化合物的制備與處理，而對(duì)其他一些對(duì)水敏感（與水反應(yīng)、水解、分解或不穩(wěn)定）的化合物就不太適用。,第三節(jié)、納米材料的制備方法,一、納米材料的基本制備方法 二、典型納米化合物的制備,納 米 粒 子 制 備 方 法,物理法,化學(xué)法,粉碎法 構(gòu)筑法,沉淀法 水熱法 溶膠凝膠法 冷凍干燥法 噴霧法,干式粉碎 濕式粉碎,氣體冷凝法 濺射法 氫電弧等離子體法,共沉淀法 均相沉淀法 水解沉淀法,納 米 材料的制備 方法分類,氣相反應(yīng)法 液相反應(yīng)法,氣相分解法 氣相合成法 氣固反應(yīng)法,其它方法(如球磨法),納 米 粒 子 制 備 方 法,氣相法,液相法,沉淀法 水熱法 溶膠凝膠法 冷凍干燥法 噴霧法,氣體冷凝法 氫電弧等離子體法 濺