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纳米TiO2的制备方法概述

纳米TiO2的制备方法概述
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纳米TiO2的制备方法概述

摘要:概述纳米TiO2的制备方法,包括气相法和液相法。重点介绍了应用两种

前驱体—Ti(OC4H9)4和H2TiO3的溶胶-凝胶制备方法,并通过对后者介绍,进行了纳米TiO2的表征。

关键词:纳米TiO2、制备方法、表征

纳米TiO2的一个重要性质是其光催化性能。尽管其它一些物质,如ZnO、Fe2O3、WO3和CdSe等也具有光催化性,但TiO2的应用最为广泛,因为其低毒、稳定和资源丰富(Ti的含量位于地壳层的第九位)。TiO2光催化性能的应用表现在以下方面:自洁净能力、降低空气污染以及抗菌能力等[1]。除此以外,纳米TiO2在许多领域中都有广泛的应用前景。本文在参考多篇文献之后,对纳米TiO2的制备方法进行了概述。

制备纳米TiO2多采用合成方法,主要包括气相法和液相法两类。其中,气相法可分为物理气相沉积法和化学气相沉积法,而液相法则有胶溶法、溶胶—凝胶法、化学沉淀法和水热合成法等。但无论采用何种方法,制备纳米粒子都有如下要求[2];表面光洁,粒子的形状及粒径、粒度分布可控,粒子不易团聚,易于收集,热稳定性优良,产率高。

1气相法

气相法是直接利用气体或通过各种手段将物质变为气体,使之在气态下发生物理变化或化学变化,最后在冷却过程中凝聚长大形成纳米粒子的方法。气相法的特点是粉体纯度高、颗粒尺寸小、颗粒团聚少、组分更易控制,但其产率低,制备成本高。[3]

气相法主要指化学气相沉积法(CVD)。化学气相沉积法制备纳米TiO2的初级过程包括:气相化学反应、表面反应、均相成核、非均相成核、凝结聚集或融合。气相反应所需的母体有2类:TiCl4和钛醇盐。化学反应可分为以下4类。[4]

(1)TiCl4与O2氧化,化学反应方程式为:

TiCl4(g)+O2(g)= TiO2+2Cl2

n TiO2 (g)=( TiO2)n(s)

(2)钛醇盐直接热裂法,化学反应方程式为:

Ti(OR)4= TiO2+4CnH2n+2H2O

(3)钛醇盐气相水解法(气溶胶法),化学反应方程式为:

Ti(OR)4+2H2O= TiO2+4ROH

(4)气相氢氧焰水解法[5],化学反应方程式为:

TiCl4+2H2+O2= TiO2+4HCl

其中,气相氢氧焰水解法(Aerosi法)于20世纪80年代中后期开始应用于工业生产。其生产过程是:将精制过的氢气、空气和氯化物(TiCl4)蒸汽以一定的配比通入水解炉高温水解(温度控制在1800℃以上),生成的TiO2气溶胶经过聚集冷却器停留一段时间即形成絮凝状大颗粒的TiO2,再经过脱酸炉脱酸(吸附掉TiO2表面的HCl)后,得到产品。

除此之外,化学气相沉积法还包括激光CVD法和等离子CVD法[3]。与传统法相比,其差别在于高温控制途径不同、反应过程的控制不同及所得纳米TiO2

颗粒有所差别。

2 液相法

液相法是生产各种氧化物微粒的主要方法。它的基本原理是:选择一种或多种合适的可溶性金属盐,按所制备的材料组成计量配制溶液,再选择一种沉淀剂(或用蒸发、升华、水解等方法)使金属离子均匀沉淀(或结晶出来)。最近几年,包括溶胶-凝胶法、水热合成法等在内的液相制备法逐步取代了气相法被用于纳米TiO2的合成。液相法的优点是,其可以在低温下制备纳米尺寸的TiO2晶体[6]。液相法主要包括以下几种方法。

2.1 溶胶-凝胶法(Sol-Gel法)

其基本原理如下:首先将原料分散在溶剂中,然后经过水解反应生成活性单体,活性单体进行聚合,开始成为溶胶,进而生成具有一定空间结构的凝胶,经过干燥和煅烧处理制备出纳米粒子和所需要材料。

2.1.1 前驱体为Ti(OC4H9)4的溶胶-凝胶法

目前较为普遍的做法是[7]:1)以化学纯的有机钛酸丁酯Ti(OC4H9)4为前驱体,先将其溶于无水乙醇中,通过搅拌和添加冰醋酸或乙酰丙酮作为抑制剂,使之与钛酸丁酯反应形成螯合物,从而控制使钛酸丁酯均匀水解,减小了水解产物的团聚,得到颗粒细小且均匀的胶体溶液。2)在溶胶中加入去离子水,使胶体粒子形成一种开放的骨架结构,溶胶逐渐失去流动性形成凝胶。3)在60℃的恒温条件下对凝胶进行真空干燥,通过加热去除凝胶中的水分、有机基团和有机溶剂,得到黄色晶体。4)将晶体研磨后放入箱型电阻炉中,先升温至250℃灼烧,保温1h,再升温至所需温度对其进行活化,除去凝胶中的有机成分,得到白色的纳米TiO2粉末。其中,钛酸丁酯的水解反应和缩聚反应如下[8]:Ti(OR)4+4H2O= Ti(OH)4+4ROH

2Ti(OH)4=2 TiO2+4H2O

具体以有机钛酸丁酯Ti(OC4H9)4为前驱体的溶胶凝胶法制备纳米二氧化钛工艺过程如下:

该法制得的产品纯度高,颗粒细,烘干后颗粒自身的烧结温度低。但是,

Sol-Gel法也存在一定的缺陷,因为最后需要在500℃高温下灼烧凝胶,难以得到极细(≤5nm)的TiO2晶粒;另外,进行工业生产时燃烧过程中会释放出较多的CO2,也是不利因素之一[5]。

2.1.2 前驱体为H2TiO3的溶胶-凝胶法

在上述溶胶-凝胶法中,不得不使用昂贵的钛酸丁酯Ti(OC4H9)4和不稳定的TiCl4为前驱体[6]。在此,介绍以H2TiO3为前驱体的溶胶-凝胶法。

此方法中,以乙醇作为溶剂,H2TiO3为前驱体,分别以NH3·H2O,NaOH和KOH作为矿化剂。此悬浮液与79℃下搅拌、回流3小时,之后离心分离,并用乙醇和水进行洗涤,并与100℃下干燥3小时。最后通过XRD衍射分析确定其产物为纳米TiO2。并可知,矿化剂的碱性越强,TiO2衍射峰值和强度增强,也就是说,TiO2结晶度增加,晶粒尺寸减小。通过衍射宽度计算可知,三种矿化剂NH3·H2O,NaOH和KOH分别对应的TiO2晶体尺寸为15.65,11.54和10.44纳米。其XRD图谱如下图所示,其中TiO2 -1、2、3分别指NH3·H2O,NaOH和KOH作为矿化剂时所得产物的衍射图谱。[6]

2.2 水热法

水热法是利用高温高压的水溶液使那些在大气条件下不溶或难溶的的物质通过溶解或反应生成该物质的溶解产物,并使其呈过饱和态从而结晶生长的方法。水热反应依据反应类型的不同可分为水热氧化、水热还原、水热沉淀、水热合成、水热水解、水热结晶等。水热法制备纳米TiO2的特点是粒子纯度高、分散性好、晶形好且可控制,生产成本低,用水热法制备的粉体一般无需烧结,这就可以避免在烧结过程中晶粒会长大而且杂质容易混入等缺点,由于水热法是在封闭的环境中进行,水热反应机理还不十分清楚,对中间反应过程和中间体的研究还非常少见[9]。其中,较为普遍的是水热合成法和醇盐分解法。

2.3 沉淀法

2.3.1 直接沉淀法

直接沉淀法也称水解法或中和法。直接沉淀法具有设备工艺简单、技术要求不高和成本低的特点,所得产物热稳定性好、粒度均匀、分散性好、易于工业化

生产。但直接沉淀法易造成沉淀剂的局部浓度过高,使大量细小沉淀迅速形成,难以成长和沉淀,需要洗涤的次数多,易于结块。胡日博等人[10]以工业偏钛酸为原料,添加十二烷基苯磺酸钠和乙烯醚混合物作为特殊分散剂,以氨水为沉淀剂,并进行冷水浴反应,用直接沉淀法制备出了粒度均匀、分散性较好的纳米TiO2粉体。

2.3.2 共沉淀法

共沉淀法是指在溶液中含有2种或多种阳离子,它们以均相存在溶液中,加入沉淀剂,经沉淀反应后,可得到各种成分的均一的沉淀,它是制备含有2种或2种以上金属元素的复合氧化物超细粉体的重要方法。汪国忠[11]等人以TiCl4为原料制备了不同粒度的锐钛矿相纳米TiO2粉末。方世杰[3]等人通过在共沉淀体系中加入一些添加剂,控制共沉淀反应的微环境,使共沉淀反应在有限的微区或液-液界面上进行,克服了传统的共沉淀法制备纳米TiO2粉末的缺点,制备出了10~20nm的TiO2粉末,在500~700℃热处理时为锐钛矿,在800℃热处理时,转变为金红石。

2.3.3 均匀沉淀法

均匀沉淀法是利用某一化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢均匀地释放出来,通过控制溶液中沉淀剂浓度,保证溶液中的沉淀处于一种平衡状态,从而均匀地析出。张汝冰等人[12]以偏钍酸为原料,尿素为沉淀剂,,采用均匀沉淀法制得平均粒轻约为8. 5 nm的纳米TiO2。

3 结论

各种制备方法各有优缺点。气相沉淀法对设备要求很高,产量低。以Ti(OC4H9)4为前驱体的溶胶-凝胶法随制备温度低,但需用大量的有机试剂,生产成本很高;以H2TiO3为前驱体的溶胶-凝胶法克服了生产成本高的缺点,但溶胶-凝胶法法得到的TiO2粒子在制备初期均为无定形,还需一定温度的晶化热处理。水热法制备TiO2粉体在高温高压下一次完成,无需后期的晶化处理,所得粉体粒度分布窄,成分纯净,但晶化时间长。沉淀法制备TiO2粉体操作简单,但易引入杂质,粒度不易控制,产物损失多[13]。

参考文献

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[13]肖奇,邱冠周,胡岳华,王淀佐. 纳米TiO2制备及其应用新进展[J]. 材料导报. 2000年8月第14卷第8期.

纳米材料的制备技术及其特点

纳米材料的制备技术及其特点 一纳米材料的性能 广义地说,纳米材料是指其中任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当小粒子尺寸加入纳米量级时,其本身具有体积效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等。从而使其具有奇异的力学、电学、光学、热学、化学活性、催化和超导特性,使纳米材料在各种领域具有重要的应用价值。通常材料的性能与其颗粒尺寸的关系极为密切。当晶粒尺寸减小时, 晶界相的相对体积将增加,其占整个晶体的体积比例增大,这时,晶界相对晶体整体性能的影响作用就非常显著。此外,由于界面原子排列的无序状态,界面原子键合的不饱和性能都将引起材料物理性能上的变化。研究证实,当材料晶粒尺寸小到纳米级时,表现出许多与一般材料截然不同的性能,如高硬度、高强度和陶瓷超塑性以及特殊的比热、扩散、光学、电学、磁学、力学、烧结等性能。而这些特性主要是由其表面效应、体积效应、久保效应等引起的。由于纳米粒子有极高的表面能和扩散率,粒子间能充分接近,从而范德华力得以充分发挥,使得纳米粒子之间、纳米粒子与其他粒子之间的相互作用异常激烈,这种作用提供了一系列特殊的吸附、催化、螯合、烧结等性能。 二纳米材料的制备方法

纳米材料从制备手段来分,一般可归纳为物理方法和化学方法。 1 物理制备方法 物理制备纳米材料的方法有: 粉碎法、高能球磨法[4]、惰性气体蒸发法、溅射法、等离子体法等。 粉碎法是通过机械粉碎或电火花爆炸而得到纳米级颗粒。 高能球磨法是利用球磨机的转动或振动,使硬球对原料进行强烈的撞击,研磨和搅拌,将金属或合金粉碎为纳米级颗粒。高能球磨法可以将相图上几乎不互溶的几种元素制成纳米固溶体,为发展新材料开辟了新途径。 惰性气体凝聚- 蒸发法是在一充满惰性气体的超高真空室中,将蒸发源加热蒸发,产生原子雾,原子雾再与惰性气体原子碰撞失去能量,骤冷后形成纳米颗粒。由于颗粒的形成是在很高的温度下完成的,因此可以得到的颗粒很细(可以小于10nm) ,而且颗粒的团、凝聚等形态特征可以得到良好的控制。 溅射技术是采用高能粒子撞击靶材料表面的原子或分子交换能量或动量,使得靶材表面的原子或分子从靶材表面飞出后沉积到基片上形成纳米材料。常用的有阴极溅射、直流磁控溅射、射频磁控溅射、离子束溅射以及电子回旋共振辅助反应磁控溅射等技术。 等离子体法的基本原理是利用在惰性气氛或反应性气氛中

电化学在制备纳米材料方面的应用

电化学在制备纳米材料方面的应用 摘要:应用电化学方法制备纳米材料是近年来发展起来的一项新技术。本文对应用电化学技术制备纳米材料的方法进行分类,着重介绍了电化学沉积法、电弧法、超声电化学法和电化学腐蚀法,并对其应用前景做了展望。 关键词:电化学纳米材料电沉积 1 前言 纳米材料和纳米技术被广泛认为是二十一世纪最重要的新型材料和科技领域之一。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料。当材料的粒子尺寸小至纳米级时,材料就具有普通材料所不具备的三大效应:(1)小尺寸效应,指当纳米粒子的尺寸与传统电子的德布罗意波长以及超导体的相干波长等物理尺寸相当或更小时,其周期性的边界条件将被破坏,光吸收、电磁、化学活性、催化等性质发生很大变化的效应;(2)表面效应,指纳米微粒表面原子与总原子数之比。纳米微粒尺寸小,表面能高,位于表面的原子占相当大的比例。随着粒径减小,表面原子数迅速增加。由于表面原子数增加,原子配位不足及高的表面能,使得这些表面原子具有高的活性,极不稳定,使其在催化、吸附等方面具有常规材料无法比拟的优越性;(3)宏观量子隧道效应。微观粒子具有贯穿势垒的能力称为隧道效应。研究发现,一些宏观量,如纳米粒子的磁化强度、量子相干器件中的磁通量也具有隧道效应,称为宏观量子隧道效应。正是由于纳米材料具有上面的三大效应,才使它表现出:(1)高强度和高韧性;(2)高热膨胀系数、高比热容和低熔点;(3)异常的导电率和磁化率;(4)极强的吸波性;(5)高扩散性等令人难以置信的奇特的宏观物理特性。 自1991年Iijima首次制备了碳纳米管以来,一维纳米材料由于具有许多独特的性质和广阔的应用前景而引起了人们的广泛关注。纳米结构无机材料因具有特殊的电、光、机械和热性质而受到人们越来越多的重视。美国自1991年开始把纳米技术列入“政府关键技术”,我国的自然科学基金等各种项目和研究机构都把纳米材料和纳米技术列为重点研究项目。 由于纳米材料的形貌和尺寸对其性能有着重要的影响,因此,纳米材料形貌和尺寸的控制在纳米材料合成中是非常重要的。 目前制备纳米材料主要采用机械法、气相法、磁控溅射法等物理方法和溶胶—凝胶法、离子液法、溶剂热法、微乳法化学方法。但在这些方法中,机械法、气相法、磁控溅射法的生产设备及条件要求很高,生产成本高;化学方法中的离子液法和微乳法是近几年发展起来的新兴的研究领域,同时离子液离子液作为一种特殊的有机溶剂,具有粘度较大、离子传导性较高、热稳定性高、低毒、流动性好等独特的物理化学性质,但是离子液体用于纳米材料制备的技术还未成熟。 应用电化学技术制备纳米材料由于简单易行、成本低廉等特点被广泛研究与采用。与其他方法相比,电化学制备方法主要具有以下优点:1、适合用于制备的纳米晶金属、合金及复合材料的种类较多;2、电化学制备纳米材料过程中的电位可以人为控制。整个过程容易实现计算机监控,在技术上困难较小、工艺灵活,易于实验室向工业现场转变;3、常温常压操作,避免了高温在材料内部引入的热应力;4、电沉积易使沉积原子在单晶基底上外延生长,可在大面积和复杂形状的零件上获得较好的外延生长层。 电化学方法已在纳米材料的制备研究领域取得了一系列具有开拓性的研究成果。本文综述了应用电化学技术制备纳米材料的主要的几种方法及其制备原理,并对其优劣进行了比较。 2 应用电化学技术制备纳米材料的种类 2.1 电化学沉积法 与传统的纳米晶体材料制备相比,电沉积法具有以下优点:(1)晶粒尺寸在1~100 nm内;(2)

纳米相增强金属材料制备技术的研究进展及应用

纳米相增强金属材料制备技术的研究进展及应用 【摘要】目前纳米技术应用广泛,在高强金属材料应用方面尤为突出。本文针对现有主要几种纳米增强金属材料制备工艺方法进行概述并比较,讨论其优缺点。最后还探讨了纳米相增强制备技术未来的发展趋势和改进方向,并对纳米结构材料应用领域和前景进行展望。 【关键词】纳米增强制备方法优缺点 随着科技进步,各个领域对于相关材料的性能要求日益提高。纳米增强技术是改善材料性能的重要方法之一,其在金属材料领域尤其应用广泛。在电子、汽车、船舶、航天和冶金等行业对高性能复合材料需求迫切,选用最佳制备方法制备出性能更优良的纳米材料是当前复合材料发展的迫切要求。 1 纳米增强技术概述 纳米相增强金属材料是由纳米相分散在金属单质或合金基体中而形成的。由于纳米弥散相具有较大的表面积和强的界面相互作用,纳米相增强金属复合材料在力学、电学、热学、光学和磁学性能方面不同于一般复合材料,其强度、导电性、导热性、耐磨性能等方面均有大幅度的提高[1]。 1.1 机械合金化法 机械合金化法(MA)是一种制备纳米颗粒增强金属复合材料的有效方法。通过长时间在高能球磨机中对不同的金属粉末和纳米弥散颗粒进行球磨,粉末经磨球不断的碰撞、挤压、焊合,最后使原料达到原子级的紧密结合的状态,同时将颗粒增强相嵌入金属颗粒中。由于在球磨过程中引入了大量晶格畸变、位错、晶界等缺陷,互扩散加强,激活能降低,复合过程的热力学和动力学不同于普通的固态过程,能制备出常规条件下难以制备的新型亚稳态复合材料。 1.2 内氧化法 内氧化法(Internal oxidation)是使合金雾化粉末在高温氧化气氛中发生内氧化,使增强颗粒转化为氧化物,之后在高温氢气气氛中将氧化的金属基体还原出来形成金属基与增强颗粒的混合体,最后在一定的压力下烧结成型。因将材料进行内氧化处理,氧化物在增强颗粒处形核、长大,提高增强粒子的体积分数及材料的整体强度,这样可以提高材料的致密化程度,且可以改善相界面的结合程度,使复合材料的综合力学性能得到提高。 1.3 大塑性变形法 大塑性变形法(Severe plastic deformation)是一种独特的纳米粒子金属及金属合金材料制备工艺。较低的温度环境中,大的外部压力作用下,金属材料发

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纳米材料的制备方法与应用 贾警(11081002) 蒙小飞(11091001) 1引言 自从1984年德国科学家Gleiter等人首次用惰性气体凝聚法成功地制得。铁纳米微粒以来,由于纳米材料有明显不同于体材料和单个分子的独特性质—小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子轨道效应等,以及其在电子学、光学、化工、陶瓷、生物和医药等诸多方面的重要价值。引起了世界各国科学家的浓厚兴趣。几十年来,对纳米材料的制备、性能和应用等各方面的研究取得了丰硕的成果。纳米材料指其基本组成颗粒尺寸为纳米数量级,处于原子簇和宏观物体交接区域的粒子。颗粒直径一般为1~100nm之间。颗粒可以是晶体,亦可以是非晶体。由于纳米材料具有其特殊的物理、机械、电子、磁学、光学和化学特性,可以预见,纳米材料将成为21世纪新一轮产业革命的支柱之一。 2纳米材料的制备方法 纳米材料有很多制备方法,在此只简要介绍其中几种。 2.1溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法是材料制备的是化学方法中的较为重要的一种,它提供一种再常温常压下合成无机陶瓷、玻璃、及纳米材料的新途径。溶胶-凝胶法制备纳米材料的主要步骤为选择要制备的金属化合物,然后将金属化合物在适当的溶剂中溶解,然后经过溶胶-凝胶过程而固化,在经过低温处理而得到纳米粒子。 2.2热合成法 热合成法制备纳米材料是在高温高压下、水溶液中合成,在经过分离和后续处理而得到纳米粒子,水热合成法可以制备包括金属、氧化物和复合氧化物在内的产物。主要集中在陶瓷氧化物材料的制备中。 2.3有机液相合成 有机液相合成主要采用在有机溶剂中能稳定存在金属、有机化合物及某些具有特殊性质的无机化合物为反应原料,在适当的反应条件下合成纳米材料。通常这些反应物都是对水非常敏感,在水溶剂中不能稳定存在的物质。最常用的反应方式就是在有机溶剂中进行回流制备。 2.4惰性气体冷凝法 惰性气体冷凝法是制备清洁界面的纳米粉体的主要方法之一。其主要过程是在真空蒸发室内充入低压惰性气体,然后对蒸发源采用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等离子体。原料气体分子与惰性气体分子碰撞失去能量,凝集形成纳米尺寸的团簇,然后骤冷。该方法制备的纳米材料纯度高,工艺过程中无其它杂质污染,反应速度快,结品组织好,但技术设备要求高。 2.5反相胶束微反应器法

磁性纳米材料的制备及应用前景

磁性纳米材料的制备及应用前景 摘要:磁性纳米材料因其具有独特的性质,在现代社会中有着广泛的应用,并越来越受到人们的关注。本文主要介绍了磁性纳米材料的制备及应用前景,概述了纳米磁性材料的制备方法,如机械球磨法,水热法,微乳,液法,超声波法等,总结了纳米磁性材料在实际中的应用,并对其研究前景进行了展望。 Abstract: magnetic nanomaterials due to their unique properties, in the modern society has a wide range of applications, and people pay more and more attention. This paper mainly introduces the magnetic nanometer material preparation and application prospect of nano magnetic materials, summarized the preparation methods, such as mechanical ball milling method, hydrothermal method, microemulsion, liquid method, ultrasonic method, summarizes the nanometer magnetic materials in practical application, and the research prospect.

前言 纳米材料因其尺寸小而具有普通块状材料所不具有的特殊性质,如表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等,从而与普通块状材料相比具有较优异的物理、化学性能。磁性纳米材料由于其在高密度信息存储,分离,催化,靶向药物输送和医学检测等方面有着广泛的应用,已经受到了广泛关注。磁性复合纳米材料是以磁性纳米材料为中心核,通过键合、偶联、吸附等相互作用在其表面修饰一种或几种物质而形成的无机或有机复合材料。由于社会的发展和科学的进步,磁性纳米材料的研究和应用领域有了很大的扩展。磁性材料在信息存储、传感器和磁流体等传统学科领域有着重要的应用。随着纳米材料科学与技术的发展,纳米磁性材料的应用开发日益引起人们的关注,特别是在提高 信息存储密度、微纳米器件和生物医学领域的应用潜力巨大。目前普遍采用化学法制备铁氧体磁性纳米颗粒,具体有溶胶~凝胶法、化学共沉淀法等,而由于生物合成的磁性纳米颗粒表现出更优良的性质。 1.磁性纳米材料的特点 量子尺寸效应:材料的能级间距是和原子数N 成反比的,因此,当颗粒尺度小到一定的程度,颗粒内含有的原子数N 有限,纳米金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散,纳米半导体微粒则存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据的分子轨道,能隙变宽。当这能隙间距大于材料物性的热能,磁能,静电能,光子能等等时,就导致纳米粒子特性与宏观材料物性有显著不同。例如,导电的金属在超微颗粒时可以变成绝缘体,磁矩的大小和颗粒中电子是奇数还是偶数有关,比热亦会反常变化,光谱线会产生向短波长方向的移动,这就是量子尺寸效应的宏观表现。 小尺寸效应:当粒子尺度小到可以与光波波长,磁交换长度,磁畴壁宽度,传导电子德布罗意波长,超导态相干长度等物理特征长度相当或更小时,原有晶体周期性边界条件破坏,物性也就表现出新的效应,如从磁有序变成磁无序,磁矫顽力变化,金属熔点下降等。 宏观量子隧道效应:微观粒子具有穿越势垒的能力,称为量子隧道效应。而在马的脾脏铁蛋白纳米颗粒研究中,发现宏观磁学量如磁化强度,磁通量等也具有隧道效应,这就是宏观量子隧道效应。它限定了磁存储信息的时间极限和微电子器件的尺寸极限。 2. 磁性复合纳米材料的制备方法 2.1水热合成法 水热合成法是液相中制备纳米粒子的一种新方法。一般是在100~300摄氏度温度下和高气压环境下使无机或有机化合物与水化合,通过对加速渗透析反应和物理过程的控制,得到改进的无机物,再过滤,洗涤,干燥,从而得到高纯,超细的各类微粒子。研究发现以FeC13为铁源,AOT为表面活性剂,N2H4·H20(50%)为还原剂水热合成 Fe3O4纳米颗粒时,反应温度和时间,表面活性剂和还原剂浓度对最终产物的尺寸形貌、分散性和磁性有明显影响。还有通过调节水热反

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本科毕业论文(设计) 题目:纳米材料的制备及应用 学院:物理与电子科学学院 班级: XX级XX班 姓名: XXX 指导教师: XXX 职称: 完成日期: 20XX 年 X 月 XX 日

纳米材料的制备及应用 摘要:近几年来,由于纳米材料有众多特殊性质,人们越来越关注纳米材料。科技的迅猛发展使纳米材料的制备变得更加成熟。本论文讲述纳米材料的制备,以及纳米技术在将来的应用。 关键词:纳米材料物理方法化学方法应用前景

目录 引言 (1) 1.纳米材料的物理制备方法 (1) 1.1物理粉碎法 (1) 1.2球磨法 (2) 1.3.蒸发—冷凝法 (2) 1.3.1.激光加热蒸发法 (2) 1.3.2.真空蒸发—冷凝法 (4) 1.3.3.电子束照射法 (4) 1.3.4.等离子体法 (5) 1.3.5.高频感应加热法 (5) 1.4.溅射法 (6) 2.纳米材料的化学制备方法 (7) 2.1化学沉淀法 (8) 2.2化学气相沉积法 (8) 2.3化学气相冷凝法 (10) 2.4溶胶--凝胶法 (10) 2.5水热法 (11) 3.纳米材料的其他制备方法 (12) 3.1分子束外延法 (12) 3.2静电纺丝法 (13) 4.纳米材料的应用前景 (14) 5.总结 (14) 参考文献 (15) 致谢 (16)

引言 纳米材料是指任一维空间尺度处于1—100nm之间的材料。它有着不同寻常的性质,如小尺寸效应可引起物理性质的突变,从而具有独特的性能;量子尺寸效应和表面与界面效应使其具有了一般大颗粒物不具备的性质,如对红外线、紫外线有很强的反射作用,应用到纺织品中有抗紫外线,隔热保温作用。纳米材料的这些特性使其在化工、物理、生物、医学方面都有非常重要的价值]1[。多年以来,通过科学家们的潜心研究,使纳米材料在其制备及其应用中得到了很大的发展。纳米材料将逐渐进入人们的日常生活,并将成为未来新工业革命的必备材料。 1.纳米材料的物理制备方法 1.1物理粉碎法 物理粉碎法就是用机械粉碎和电火花爆炸等方法得到纳米微粒]2[。此方法操作简单,成本较低,但得到的纳米微粒纯度不高,分布也不均匀。 图1. 机械粉碎法仪器图

BiOBr纳米材料的制备与应用研究进展

2018年第18期广东化工 第45卷总第380期https://www.sodocs.net/doc/2e6150583.html, ·235 ·BiOBr纳米材料的制备与应用研究进展 代弢1,汪露2 (1.西南民族大学化学与环境保护工程学院,四川成都610041;2.西南民族大学生命科学与技术学院,四川成都610041) Progress of Preparation and Application of BiOBr Nanomaterials Dai Tao1, Wang Lu2 (1. College of Chemistry & Environment Protection Engineering, Southwest Mizu University, Chengdu 610041; 2. College of Life Science & Technology, Southwest Mizu University, Chengdu 610041, China) Abstract: BiOBr nanomaterials have a unique electronic structure, a suitable band gap width and good catalytic performance. In this paper, the preparation and modification methods of BiOBr are summarized. And the application of BiOBr in energy and environment is expounded. We also described the prospect of BiOBr in photocatalysis. Keywords:BiOBr;nanomaterials;preparation and anapplication 近年来,由于环境和能源的问题不断突出,BiOBr纳米材料作为一种新型的光催化纳米材料,对解决能源和环境这一世界性的难题具有重要的意义。BiOBr具有独特的电子结构和良好的催化活性。目前纳米BiOBr材料已采用多种方法成功制备,本文重点归纳了BiOBr纳米光催化材料的制备以及在能源和环境领域的应用研究进展,为今后的研究提供方向和指导。 1 BiOBr的结构特性 BiOBr属于典型的横跨五、六、七三主族三原子复合半导体材料,它一般的结构通式是Bi l O m Br n[1]。一般来说,它的晶型属于四方氟氯铅矿(PbFCl-型)结构。Bi3+周围的O2-和Br-成反四方柱配位。对于Bi l O m Br n来说,其价带主要是通过O 2p和Br 4p态形成以及其导带主要是通过Bi 6p态形成。Bi l O m Br n的稳定性主要依赖于其制备条件、结构尺寸和反应环境等[2-4]。 2 BiOBr纳米材料的设计与合成 随着合成技术的迅速发展,纳米材料得到进一步发展。发展了众多BiOBr纳米材料的方法。现对近年来BiOBr纳米材料的合成方法进行归纳: 2.1 水解法 水解法是利用Bi3+的水解特性[5],利用BiBr3在碱性条件下合成BiOBr沉淀。该方法操作简单,可以规模化生产。但获得的BiOBr纳米材料尺寸不均一,活性较差。 2.2 水热法 水热法是在密闭的容器内高压条件下合成的方法。将Bi源和Br源在反应釜内反应合成BiOBr晶体。反应时间和温度会对催化剂的活性产生一定的影响。水热法可以获得结晶相对较好的BiOBr晶体。 2.3 溶剂热法 溶剂热法是水热法的发展,它与水热法的区别是使用有机溶剂。Wu等人通过调控溶剂乙醇和水的体积比合成出了9 nm厚的BiOBr薄片[6],当溶剂热反应温度为333 K,溶剂为纯水溶液时,得到约32 nm厚,当反应溶剂变为乙醇:水=4:3时,BiOBr纳米片的厚度变为9 nm左右,并且形貌均匀分布,同时表现出良好的结晶性。乙二醇,甘油和甘露醇等也常用作溶剂制备BiOBr。 2.4 离子液法 离子液体是在室温下呈液态的物质,具有蒸汽压低,难挥发,热稳定性高,溶解性好等优点。与水和溶解相比,离子液体可以看成是一种优良的溶剂。因此利用离子液辅助溶剂合成BiOBr纳米材料,在可见光下可以有效降解污染物。 2.5 共沉淀法 采用共沉淀法可得到粒径约500 nm的BiOBr纳米催化剂,这种先调配前驱体溶液再高温处理的合成方法,易于通过调控温度处理条件来调控产物形貌。且共沉淀法制备得到的BiOBr纳米材料的催化活性是水热法制备的材料活性的5倍左右[7]。 2.6 微波超声法 通过微波辅助方法可以获得具有优异可见光降解能力的BiOBr纳米材料。Li等人通过自组装过程[8],采用一种简单的微波合成法制备了一种均匀分散的多级结构的BiOBr纳米材料,其形貌为花状结构的BiOBr材料。该材料对Cr6+在较广pH值范围内表现出优异的吸附去除能力。与其他方法相比,微波加热的反应体系由于受热更均匀体系分散更好制备得到的BiOBr粒径更为均匀因而广泛应用于无机纳米材料BiOBr的合成制备。 2.7 静电纺丝法 Veluru等人通过静电纺丝的方法合成的BiOBr纳米纤维[9],通过调控溶剂的粘性得到不同长度的BiOBr以及不同直径的BiOBr纳米材料。同时对茜素红表现出极高的光催化降解活性。 3 BiOBr纳米材料在光催化中的应用进展 3.1 在能源问题中的应用 3.1.1 光解水制氢 目前,氢气是一种公认的最重要的清洁的新能源。所谓的氢经济的成功在很大程度上依赖于找到一种有效的实际批量生产氢气的途径。自1967年发现使用光电化学电池组成的单晶二氧化钛阳极和铂阴极在紫外光照射下可以使水裂解为氢气以来,光催化水裂解反应已被广泛认为是大量获得氢气最具发展前景的一种手段。利用Cr掺杂的Bi系纳米材料有效的降低了禁带宽度,从而提升了在可见光下催化剂产氢的效率[10-12]。 3.1.2 光催化合成氨 目前氮气的固定主要是通过Haber-Bosch反应,但是严苛的反应条件(Fe基催化剂、15-25 MPa、573-823 K )使得消耗极大的其他能源并且释放出大量的温室气体。人们在催化合成氨领域没有停下奋斗的脚步。Zhang等人通过向BiOBr进行表面改性使得在BiOBr材料表面产生氧空位,而氧空位极大的有利于N2的吸附,进而进一步促使光固氮这一过程的发生,从而极大地提升了固氮效率[13,14]。 3.1.3 光催化二氧化碳还原 光催化二氧化碳还原是指模拟太阳光的光合作用将CO2转换为其他的含碳燃料,比如甲醇、甲醛以及一些其他的精细化学品[15-19]。Chai等人通过向多级结构的BiOBr纳米材料引入表面氧空缺以提高CO2向CH4的转化效率差,同时进一步的比较了不含氧空位的BiOBr纳米材料其转化产物主要为CO。 3.2 在环境问题中的应用 随着工业化进程的不断加快,工业废水所造成的水体污染问题越来越严重。其中,一些抗生素类的药物和有机染料造成的废水因为具有高毒性、强致癌性等危害,对日常生活带来极大的安全隐患。近年来,大量的研究发现铋系半导体光催化材料由于具有较好的可见光响应并且能够使有机污染深度矿化而被广泛的应 [收稿日期] 2018-08-30 [作者简介] 代弢(1992-),男,博士,四川省雅安市人,讲师,主要研究方向为类贵金属催化剂的可控合成及在催化中的应用。

纳米材料制备与应用

1 纳米材料:是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由他们作为基本单元构成的具有特殊性能的材料。 2 (1)零维:指在空间三维尺度均在纳米尺度,如纳米颗粒、原子团簇等。 (2)一维:指在空间三维中有两维尺度处于纳米尺度,如纳米线、纳米带、纳米棒、纳米管等。 (3)二维:指在空间中有一维处于纳米尺度,如纳米片、薄膜等。 原子团簇是指几个至几百个原子的聚集体,是介于单个原子与固态之间的原子集合体。其粒径小于或等于1 nm,如Fen, CunSm, CnHm(n和m均为整数) 和碳族(C60, C70和富勒烯等)。原子团簇既不同于具有特定大小和形状的分子,也不同于分子间以弱相互作用结合而成的聚集体以及周期性很强的晶体。原子团簇的形状可以是多种多样的,它们尚未形成规整的晶体,除了惰性气体外,都是以化学键紧密结合的聚集体。 幻数:当团簇随着所含原子数目n在某个特定值n=N,团簇特别稳定,此时的N值就是团簇的幻数。 C60是一种碳的原子团簇。60个碳原子构成像足球一样的32面体,包括20个六边形,12个五边形。 C60制备:电弧法,两个石墨棒在抽真空通氦气下靠近并放电,气化出C等离子体,再合并形成C60. 纳米颗粒是指颗粒尺寸为纳米量级的超细微粒,它的尺寸大于原子团簇,小于通常的微粉。一般粒径在1-100 nm之间。 二维纳米材料:石墨烯、过度金属二硫化物、Co(OH)2。 纳米孔材料:孔径在1-100 nm且具有显著表面效应的多孔材料。d<2 nm,微孔(microporous)、2 nm 50 nm,大孔(macroporous)

纳米材料的合成及其应用

纳米材料的合成及其应用 摘要:本文介绍了几种纳米材料的合成制备的方法,主要是固相法、液相法和气相法,并且简单的介绍了其应用领域。 关键词:纳米材料、固相法、液相法、气相法 引言: 纳米级结构材料简称为纳米材料,是指其结构单元的尺寸介于1纳米~100纳米范围之间。由于它的尺寸已经接近电子的相干长度,它的性质因为强相干所带来的自组织使得性质发生很大变化。并且,其尺度已接近光的波长,加上其具有大表面的特殊效应,因此其所表现的特性。纳米材料出现的重要科学意义在于它引领人们认识自然的新层次,是知识创新的亮点。在纳米领域发现新现象,提出新概念,认识新规律,建立新理论,为构建纳米材料科学体系新框架奠定基础[1]。材料的结构决定材料的性质。 纳米材料产生的特殊效应,具有常规材料所不具备的性能,使得它在各个方面的潜在应用极为广泛,并且非常普遍[2~4]。 一、纳米材料的制备方法 1. 固相法 传统的固相合成法反应温度较高,能耗太,而且难以得到高纯度、各组分完全均匀、物相单一的产物,因而不宜用来制各纳米氧化物。 传统的固相法是将金属盐和金属氢氧化物按一定的比例充分混合,发生复分解反应生成前驱物,多次洗涤后充分研磨进行煅烧,然后再研磨得到纳米粒子。此法设备和工艺简单,反应条件容易控制,产率高,成本低,环境污染少,但产品粒度分布不均,易团聚。刘长久等[5]采用固相反应法制备了粒径为30nm的NiO纳米粉体,并对其电化学性能进行了研究。Feng Li等[6]在环境温度下用固相反应成功地合成了纳米氧化物SiO2、 CeO2、SnO2,并初步探讨了环境温度下纳米材料的形成机理。贾殿赠等[7]对此法进行了改进,在固相配位化学反应的基础上,将室温固相配位化学反应引入金属氧化物纳米粒子的合成中,提出一种室温固相化学反应合成纳米材料的新方法,即用室温固相化学反应首先制得前驱物,进而前驱物经热分解得纳米金属氧化物。此法不仅是无溶剂反应,而且许多反应可在室温或低温条件下发生。因此从原料的使用、合成条件及合成工艺等方面考虑,固相配位化学反应法在合成新颖纳米材料方面具有其潜在的优点。目前采用此新方法已制得纳米CuO[8]、ZnO、NiO等。

纳米材料研究现状及应用前景.

纳米材料研究现状及应用前景 摘要:文章总结了纳米粉体材料、纳米纤维材料、纳米薄膜材料、纳米块体材料、纳米复合材料和纳米结构的制备方法,综述了纳米材料的性能和目前主要应用领域,并简单展望了纳米科技在未来的应用。 关键词:纳米材料;纳米材料制备;纳米材料性能;应用 0 引言 自从1984年德国科学家Gleiter等人首次用惰性气体凝聚法成功地制得铁纳米微粒以来,纳米材料的制备、性能和应用等各方面的研究取得了重大进展。纳米材料的研究已从最初的单相金属发展到了合金、化合物、金属无机载体、金属有机载体和化合物无机载体、化合物有机载体等复合材料以及纳米管、纳米丝等一维材料,制备方法及应用领域日新月异。 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围或由它们作为基本单元构成的材料,包括纳米粉体( 零维纳米材料,又称纳米粉末、纳米微粒、纳米颗粒、纳米粒子等) 、纳米纤维( 一维纳米材料) 、纳米薄膜( 二维纳米材料) 、纳米块体( 三维纳米材料) 、纳米复合材料和纳米结构等。纳米粉体是一种介于原子、分子与宏观物体之间的、处于中间物态的固体颗粒,一般指粒度在100nm以下的粉末材料。纳米粉体研究开发时间最长、技术最成熟,是制备其他纳米材料的基础。纳米粉体可用于:高密度磁记录材料、吸波隐身材料、磁流体材料、防辐射材料、单晶硅和精密光学器件抛光材料、微芯片导热基片与布线材料、微电子封装材料、光电子材料、先进的电池电极材料、太阳能电池材料、高效催化剂、高效助燃剂、敏感元件、高韧性陶瓷材料、人体修复材料、抗癌制剂等。纳米纤维指直径为纳米尺度而长度较大的线状材料,如纳米碳管,可用于微导线、微光纤( 未来量子计算机与光子计算机的重要元件) 材料、新型激光或发光二极管材料等。纳米薄膜分为颗粒膜与致密膜。颗粒薄膜是纳米颗粒粘在一起,中间有极为细小的间隙的薄膜;致密膜指膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。可用于气体催化材料、过滤器材料、高密度磁记录材料、光敏材料、平面显示器材料、超导材料等。纳米块体是将纳米粉末高压成型或控制金属液体结晶而得到的纳米晶粒材料,主要用途为超高强度材料、智能金属材料等。纳米复合材料包括纳米微粒与纳米微粒复合( 0- 0 复合) 、纳米微粒与常规块体复合( 0- 3复

氧化锡基纳米材料的制备及应用

氧化锡基纳米材料的制备及应用 应化081(10082072)张明辉 摘要:纳米氧化锡因其独特的性质,在诸多领域中都具有广阔的应用前景,如导电填料,气敏传感器、催化剂、变阻器、陶瓷、透明导电氧化物薄膜和隔热涂料等,是一种极具发展潜力的新型导电材料。本文按照固相法、液相法、气相法综述了目前常见的纳米二氧化锡合成方法,比较了各种方法的优缺点,并简要介绍了其表征。 关键词:纳米材料,氧化锡,制备方法 1 研究背景 纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸范围(1-100nm),或者以它们作为基本单元构成的材料。按纳米材料的几何特征,人们常将其分为零维纳米材料(如纳米团簇、纳米微粒、人造原子)、一维纳米材料(如纳米碳管、纳米纤维、纳米同轴电缆)、二维纳米材料(纳米薄膜)和纳米晶体等。纳米材料尺寸小,比表面积大,具有量子尺寸效应,表面效应和宏观量子隧道效应,因此在光、热、电、声、磁等物理性质以及其他宏观性质方面都发生了显著地变化。所以人们试图通过纳米材料的运用来改善材料的性能。 SnO2是一种重要的宽禁带n型半导体材料,带宽范围为3.6eV-4.0eV。SnO2是重要的电子材料、陶瓷材料和化工材料。在电工、电子材料工业中,SnO2及其掺杂物可用于导电材料、荧光灯、电极材料、敏感材料、热反射镜、光电子器件和薄膜电阻器等领域。在陶瓷工业,SnO2用作釉料及陶瓷的乳浊剂,由于其难溶于玻璃及釉料中,还可用做颜料的载体;在化学工业中,主要是作为催化剂和化工原料。SnO2是目前最常见的气敏半导体材料,它对许多可燃性气体都有相当高的灵敏度。利用SnO2制成的透明导电材料可应用在液晶显示、光探测器、太阳能电池、保护涂层等技术领域[1-3]。正是由于SnO2纳米材料的广泛的应用背景,所以,纳米SnO2的制备技术已成为人们研究的热点之一。 2 文献综述 2.1 固相法合成SnO2纳米材料 固体原材料经过高温或球磨,获得纳米材料的过程称为固相法。采用固相法制备纳米材料,常用的方法有高能机械球磨法等。

纳米材料的制备与应用文献报告

《纳米材料的制备与应用》文献报告 由于第一年到学校学习,尚未进入课题组,老师也未提起过我未来从事的领域,自己本身不是材料专业出身,现在接触这方面内容亦较少,所以选择文献领域的时候就参考了同所学材料的同学,所里研究的主要是二氧化钛纳米晶体,我就在网上找了相关内容学习,主要学习了两个方面的内容,一是二氧化钛纳米晶体本身的制备过程的实验及优化,另一方面是它在太阳能电池上的相关应用,我的报告也从这两个方面展开。 一、二氧化钛纳米晶体 《A facile solution-phase synthesis of high quality water-soluble anatase TiO2 nanocrystals》《TiO2 nanocrystal films for sensing applications based on surface plasmon resonance》在过去的几十年里,二氧化钛纳米晶体由于在具有高表面积的同时还存在电子和光电子特性以及量子尺寸效应,在太阳能转化、光电催化、传感器和光致变色器件等多方面都有应用,存在巨大的价值。目前所知二氧化钛主要以三种结晶态存在:锐钛矿、板钛矿和金红石,在这三种类型中,锐钛矿具有最佳的光敏性和光电性。 而在二氧化钛合成过程中,如何得到高结晶度仍是一个主要问题。许多二氧化钛常规的合成办法是基于酸性环境下的溶胶-凝胶过程,由钛的醇盐的水解和冷凝作用完成,但由于醇盐对空气湿度的高度敏感,以致在室温条件下,水解作用很难控制,大多数情况下,得到的是不定形二氧化钛。 1.合成二氧化钛纳米晶体 《TEM study of TiO2 nanocrystals with different particle size and shape》 《Template synthesis of structuredtitania using inverse opal gels》 56mL的钛醇盐和100mL去离子水混合搅拌,形成白色沉淀,再用去离子水冲洗,滤饼和2.28gTMAH以及10mL去离子水一起经过高压消毒锅,在120°C下加热18h,在190°C 下加热4.5h。最终反应物中的水在真空中转移并稀释至大约20mL。取不同体积的上述溶液,分别加入25wt%、0.16M的TMAH。利用配置后的溶液制成样品进行TEM和高分辨率TEM 检测。 结果表明,在碳薄片上沉降的二氧化钛纳米晶体的大小和形状决定于颗粒物浓度、PH 值和有机添加剂的类型。一般而言,高pH值利于生成立方体纳米晶体,低pH利于生成正方晶体。过度稀释颗粒物浓度会生成球形纳米晶体。在TMAH的辅助作用下,二氧化钛纳米晶体能够在水蒸发的过程中,在碳薄片上进行自组装。 2.制备过程有机添加剂的影响 《Controlled structure of anatase TiO2 nanoparticles by using organic additives in a microwave process》 在上一篇文章的基础上,找到了另一篇关于在制备二氧化钛纳米颗粒的过程中使用有机添加剂的文章。 在合成二氧化钛的过程中,也要控制微波的时间和经济效率。 在合成十面体锐钛矿结构时,使用PVA、PAAc、PVP、PEG和PAANa进行对比试验,通过TEM和XRD对最终的合成产物进行分析,PAAc是最理想的聚合物添加剂。 而在酸性(PH4)或者中性(pH7)媒介中,锐钛矿和金红石分别是67:33和97:3,只有在pH10时,XRD峰才与锐钛矿相符合。且pH10也是在没有添加剂合成纯净的锐钛矿相时的最优选择环境。

ZnS纳米材料制备与应用

1.1 ZnS 纳米材料概述 纳米材料是在纳米量级范围内调控物质结构研制而成的新材料,而纳米技术就是指在纳米尺度范围内,通过操纵原子、分子、原子团或分子团,使其重新排列组制备新物质的技术。纳米材料通常是指平均粒径、相或其他结构单元的尺寸介于1-100nm之间的材料⑴。当材料的粒度小于其临界尺寸时就要发生理化性质的明显改变,在性能上出现与固体完全不同的行为,成为“物质的新状态”。当物质的线度减小到纳米尺度时,将显示出奇特的效应:1、小尺寸效应:纳米材料 中的微粒尺寸小到与光波波长或德布罗意波长、超导态的相干长度等物理特性相当或更小时,晶体周期性的边界条件被破坏,非晶态纳米微粒的颗粒表面层附近原子密度减小,使得材料的声、光、电、磁、热、力学等特性出现改变。2、表 面效应:纳米材料由于其组成材料的纳米粒子尺寸小,单位质量粒子表面积的增大,表面原子数目的骤增,使原子配位数严重不足。高表面积带来的高表面能,使粒子表面原子极其活跃,很容易与周围的物质反应,也容易吸附气体。这一现象被称为纳米材料的表面效应。利用这一性质,人们可以在许多方面使用纳米材料来提高材料的利用率和开发纳米材料的新用途,如提高催化剂效率、吸波材料的吸波率、涂料的遮盖率、杀菌的效率等。3、量子尺寸效应:在纳米材料中, 微粒尺寸达到与光波波长或其他相干波长等物质特征尺寸相当或更小时,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散并使能隙变宽的现象叫纳米材料的量子尺寸效应。4、宏观量子隧道效应:纳米材料中的粒子具有穿过势垒的能力。宏观物理量在量子相干器件中的隧道效应叫宏观隧道效应。除此之外,纳米材料还有介电限域效应、表面缺陷、 量子隧穿等。这些特性使纳米材料出现很多从未出现的“反常现象”,从而出现了许多不同于常规固体的新奇特性,在催化、发光材料、磁性材料、半导体材料、精细陶瓷材料等领域展示了广阔的应用前景[2]。 作为过渡金属硫化物的硫化锌(ZnS),是具有较宽直接带隙的U B-切族化合物半导体材料。ZnS纳米材料是用途非常广的光电材料,由于具有较高的红外透射率, 因而可用作红外材料窗口材料、显像管防反射涂层、太阳能电池窗口材料[3,4]。此外还具有高的表面效应和煅烧体积效应,因而显示出许多特异的光电性能,它的电致发光和光致发光效率较高,是目前多色荧光粉的重要基质材料,在光源、显示器、显像技术、光电子器件磷光体、光催化、传感器等领域有着广泛的用途[5]。 在ZnS中掺入一定量的Mn2+得到一种掺杂半导体纳米微晶材料ZnS: Mn2+, 1994年首次报道了ZnS : Mn2+,发光测试表明ZnS :皿门2+的衰减时间比体材料缩短了5个数量级,表观量子发光率高达18%。这种快响应、高效率、独立存在能力强的掺杂半导体纳米微晶材料在显示器材、传感器等领域具有重要价值。硫化 锌的禁带宽度约为3.65eV,以硫化锌为基质掺杂的发光材料发光效率高,制备工 艺较简单,成本低,具有很大的实用价值。在低温时,硫化锌的晶型为立方晶系,每

材料导论-纳米材料的制备和应用

纳米材料的制备和应用 (13化学班 B2013061111) 摘要:纳米材料由于其特殊性质,近年来受到人们极大的关注。随着纳米科技的发展,纳米材料的制备方法已日趋成熟。纳米材料的制备方法按物态一般可归纳为气相法、液相法、固相法。目前,各国科学家在纳米材料的研究方面已取得了显著的成果。纳米材料将推动21世纪的信息技术、医学、环境、自动化技术及能源科学的发展, 对生产力的发展产生深远的影响。 关键字:纳米材料,制备,应用 近年来,纳米材料作为一种新型的材料得到了人们的广泛关注。纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料,具有表面与界面效应,量子尺寸效应,小尺寸效应和宏观量子隧道效应,因而纳米具有很多奇特的性能,广泛应用于各个领域。为此,本文综述了纳米材料制备、应用及发展前景。 本文列举了纳米材料的两种制备方法--气相法和液相法。 1 气相法 气相法是将高温的蒸汽在冷阱中冷凝或在衬底上沉积和生长低维纳米材料的方法。气相法主要包括物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)。 1.1物理气相沉积(PVD) 物理气相沉积(PVD)在PVD过程中没有化学反应产生,其主要过程是固体材料的蒸发和蒸发蒸气的冷凝或沉积。采用PVD可制备出高质量的纳米材料粉体。PVD可分为制备出高质量的纳米粉体。PVD可分为蒸气-冷凝法和溅射法。 1.1 .1蒸气-冷凝法 此种制备方法是在低压的Ar、He等惰性气体中加热物质,使其蒸发汽化, 然后在气体介质中冷凝后形成5-100 nm的纳米微粒。通过在纯净的惰性气体中的蒸发和冷凝过程获得较干净的纳米粉体。

用两块金属板分别作为阳极和阴极,阴极为蒸发用的材料,在两电极间充入Ar气(40~250Pa),两电极间施加的电压范围为0.3~1.5kv。由于两极间的辉光放电使Ar离子形成,在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶材表面,使靶材原产从其表面蒸发出来形成超微粒子.并在附着面上沉积下来。 1.2 化学气相沉积(CVD) 该方法是在一个加热的衬底上,通过一种或几种气态元素或化合物产生的化学元素反应形成纳米材料的过程,具有均匀性好,可对整个基体进行沉积等优点。随着其它相关技术的发展,由此衍生出来的许多新技术,如分子束外延(MBE)、化学束外延(CBE)。 1.2.1分子束外延(MBE) 在超高真空系统中相对地放置衬底和几个分子束源炉,将组成化合物的各种元素和掺杂元素等分别放入不同的炉源内,加热炉源使它们以一定的速度和束流强度比喷射到加热的衬底表面上,在表面互相进行晶体的外延生长。 1.2.2化学束外延(CBE) CBE是在MBE设备上使用气态源取代固态源,兼有MBE和MOCVD的优点,还可生长出MBE难以控制生长的,但又十分重要的磷化物超晶格材料,能消除MBE 材料中经常出现的由Ga源引起的椭圆形缺陷,均匀性好。 2液相法 液相法是以均匀的溶液相为出发点,通过各种途径是溶液和溶剂分离,溶质形成一定形状和大小的颗粒或所需材料的前驱体,再通过干燥或热分解后得到纳米颗粒,该法主要用于氧化物纳米材料的制备。常用的液相法包括沉淀法,水热法,微乳液法和喷雾法。

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