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顆粒的化學法制備

來源:點擊:6810發布時間:2015-09-21

河南11选5走游戏规则 www.kdtya.com 顆粒的化學法制備不同于物理法制備。對于物理制備法,其構想為由大到小,即所謂的自上而下(top-down)的方式,將大塊材料利用物理的如粉碎或研磨等方法,使物體的尺寸達到超細化。而對于化學制備法,其構想為由小到大,即所謂的自下而上(bottom-up)的方式,它的出發點是分子、原子或離子,通過外部環境的改變或化學反應的進行,使溶質從過飽和的分散相(氣相或液相)中析出,形成固體?;Х從現諼錮肀浠子誑刂?,容易實現對顆粒組分、形貌和粒徑分布的控制,可以得到納米級的均勻顆粒。此外,化學法制備顆粒對設備的要求不是太高,因此也是大規模制備顆粒的主要方法。

化學制備顆粒的方法主要有:化學沉淀法、溶膠-凝膠法(Sol-Gel)、微乳液法、水/溶劑熱合成法、高溫燃燒合成法、熱分解法、模板合成法,以及電解法等??帕5目煽厴な腔Хê銑煽帕5墓丶?。研究者們希望在顆粒形成的任一階段實現控制并在期望的階段停止,從而得到尺寸、形態、核內部結構及確定的表面結構的顆粒。

1.化學沉淀法

化學沉淀法是液相合成金屬和金屬氧化物顆粒的常用方法。包含一種或多種離子的可溶性鹽溶液,當加入沉淀劑后,于一定溫度下使溶液發生水解,形成難溶性的氫氧化物、水合氧化物或鹽類從溶液中析出,將溶劑和溶液中原有的陰離子洗去,經熱解或脫水即得到所需的產物?;С戀矸ㄊ悄殼笆笛槭液凸ひ瞪顯擻米釵惴旱暮銑沙⒖帕2牧系姆椒?。近來,通過控制動力學成核和生長過程,研究者們利用化學沉淀法制備出了許多具有復雜組成的多級結構納米顆粒和其他核-殼結構材料。

2.溶膠-凝膠法

溶膠-凝膠法是指反應物的醇鹽或有機絡合物等經水解后,首先生成相應的氫氧化物或含水氧化物溶膠,再進一步縮合聚合,形成凝膠而固化,最后經分離、干燥、熱處理制得各類顆粒材料的方法。該過程中,可加入模板劑(軟、硬模板)來控制產品的形貌。溶膠粒子的尺寸是由溶液的組成、pH值和溫度等參數控制。近年來,隨著對該法基本原理,水解反應過程,原始前驅物的合成,產物的特性形態的表征和其他工藝過程的深入了解,溶膠-凝膠法的適用范圍不斷擴大,周期表中幾乎所有元素或能構成陶瓷組分的所有陽離子都能被用來制備溶膠。通過調節各反應參數,可制得一系列單分散的半導體納米顆粒。

3.微乳液法

微乳液是熱力學穩定、透明的水相分散在油中(W/O)或油相分散在水中(O/W)形成的單分散體系,分為O/W型和W/O(反相微乳)型兩種,它由表面活性劑分子在油/水界面形成的有序組合體構成。微乳液通常由表面活性劑、助表面活性劑、溶劑和水(或水溶液)組成。在此體系中,兩種互不相溶的介質被表面活性劑雙親分子分割成微小空間形成微型反應器,其大小可控制在納米級范圍,反應物在微反應器中或油/水界面上反應生成固相粒子。由于微反應器限制了納米粒子的成核、生長、聚結、團聚等過程,所以微乳液法能對納米材料的粒徑和穩定性進行精確控制。

4.水/溶劑熱法

水/溶劑熱法是指反應在高溫、高壓體系中,以水或有機物為溶劑,制得多種形貌納米材料的方法。在常溫常壓下難溶解的物質在水/溶劑熱條件下會發生溶解,溶劑處于臨界或超臨界狀態,反應活性提高,可使反應在接近均相中進行,從而加快反應的進行速度。水/溶劑熱法既可制備單組分微小單晶體,又可制備雙組分或多組分的特殊化合物粉末,克服某些高溫制備無法避免的晶型轉變、分解、揮發等影響,而且用水熱法制備出的納米晶,晶粒發育完整、粒度分布均勻、顆粒度可以控制、顆粒之間團聚少、原料較便宜、可以得到理想的化學計量組成材料、顆粒度可以控制、原料較便宜、生成成本低。

5.氣相燃燒法

氣相燃燒法通常有三種方式:

1)氣相燃燒(VAFS)是指前驅體和燃料全部以氣態的方式加入燃燒反應器并點燃形成射流火焰,最終前驅體熱分解得到納米材料產物的過程,這是氣相燃燒法中最為常見的一種方式,被廣泛的應用于SiO2、TiO2和Al2O3等納米顆粒材料的工業化制備。

2)火焰輔助噴霧分解(FASP)是指將前驅體溶液霧化后通入火焰內部,利用燃燒產生的高溫使霧滴分解生成產物納米材料的方法。

3)火焰噴霧燃燒(FSP)的基本過程與火焰輔助噴霧分解相似,區別在于前驅體溶液的溶劑作為燃料參與反應,因而反應溫度更高,同時由于燃燒過程中霧滴的更容易破碎,因而可以制備粒徑更小的納米材料。

由于前驅體采用溶液進料,不僅解決了前驅體的汽化和計量等方面的難題,可以制備復雜組分的氧化物或者非氧化物體系,使其更廣范的應用于電子、生物等領域?;箍梢醞ü刂莆淼臥諢鷓嬤械鈉頭紙饉俾?,制備出各種具有空心結構或者核殼結構的納米材料,大大的擴展了氣相燃燒合成的應用領域,因而這種方法近年來得到了迅速的發展。

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