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《物理氣相沉淀和化學氣相沉積法》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、液相制備納米材料的原理、方法和形成機理液相法實在液體狀態(tài)下通過化學反應制取納米材料方法的總稱，又稱為濕化學法或溶液法。現在，有各種各樣的制備方法，文獻中無公認一致的分類方法，相反還有些凌亂。為清晰醒目，特點明顯，便于理解。這里將液相材料的納米制備方法分為：沉淀法、溶膠-凝膠（sol-gel）法、水熱法、化學還原法、化學熱分解法、微乳膠法、聲化學法、電化學法和水中放電法等9中。本章就沉淀法、溶膠-凝膠（sol-gel）法加以討論。沉淀法沉淀法是在金屬鹽溶液中加入沉淀劑，進行化學反應，生成難容性的反應物，在溶液中沉淀下來，或將沉淀物加熱干燥和煅燒，使之分解得到所需要的納米材料的方法
2、。沉淀法又主要分為共沉淀（CP），分布沉淀（SP），均勻沉淀（HP）等幾種。下面對這幾種沉淀法做一簡要分析。含1種或多種陽離子的溶液中加入沉淀劑后，所有離子完全沉淀的方法稱共沉淀法。（包括:單項共沉淀發(fā)和混合共沉淀法）下圖給出共沉淀法的典型工藝流程。12沉淀物為單一化合物或單相固溶體時，稱為單相共沉淀，亦稱化合物沉淀法。其原理為溶液中的金屬離子是以具有與配比組成相等的化學計量化合物形式沉淀的，因而，當沉淀顆粒的金屬元素之比就是產物化合物的金屬元素之比時，沉淀物具有在原子尺度上的組成均勻性。但是，對于由二種以上金屬元素組成的化合物，當金屬元素之比按倍比法則，是簡單的整數比時，保證
3、組成均勻性是可以的。然而當要定量的加入微量成分時，保證組成均勻性常常很困難，靠化合物沉淀法來分散微量成分，達到原子尺度上的均勻性。如果是形成固溶體的系統(tǒng)是有限的，固溶體沉淀物的組成與配比組成一般是不一樣的，則能利用形成固溶體的情況是相當有限的。要得到產物微粒，還必須注重溶液的組成控制和沉淀組成的管理。為方便理解其原理以利用草酸鹽進行化合物沉淀的合成為例。反應裝置如圖：圖利用草酸鹽進行化合物沉淀的合成裝置實驗原理：在Ba、Ti的硝酸鹽溶液中加入草酸沉淀劑后，形成了單相化合物BaTiO3（C2H4）2?4H2O沉淀；BaTiO3（C2H4）?4H2O沉淀由于煅燒，分解形成BaTiO
4、3微粉?；瘜W方程式如下所示：（1）BaTiO3（C2H4）2?4H2OBaTiO3（C2H4）2＋4H2O（2）BaTiO3（C2H4）2＋?O２BaCO3（無定形）＋TiO2（無定形）＋CO＋CO２(3)BaCO3（無定形）＋TiO2（無定形）BaCO3（結晶）＋TiO2（結晶）如果沉淀產物為混合物時，稱為混合物共沉淀。四方氧化鋯或全穩(wěn)定立方氧化鋯的共沉淀制備就是一個很普通的例子。舉例：用ZrOCl2?８H2O和Y2O3（化學純）為原料來制備ZrO2－Y2O312的納米粒子。反應過程：Y2O3用鹽酸溶解得到YCl3，然后將ZrOCl２?８H2O和Y2O3配置成一定濃度的混合溶
5、液，在其中加NH4OH后便有Zr(OH)4和Y(OH)3的沉淀粒子緩慢形成?；瘜W反應方程式：(1)ZrOCl２＋２NH4OHZr(OH)4↓＋２NH4Cl(2)YCl3＋３NH4OHY(OH)3↓＋３NH4Cl注意事項：得到的氫氧化物共沉淀物經洗滌、脫水、煅燒可得到具有很好燒結活性的ZrO2（Y2O3）微粒?；旌衔锕渤恋磉^程是非常復雜的，溶液中不同種類的陽離子不能同時沉淀，各種離子沉淀的先后與溶液的pH密切相關。為了獲得沉淀的均勻性，通常是將含多種陽離子的濃度大大超過沉淀的平均濃度，盡量使各組分按比例同時沉淀出來，從而得到較均勻的沉淀物。一般的沉淀過程是不平衡的，但如果控制溶液
6、的沉淀劑濃度，使之緩慢地增加，則使溶液中的沉淀處于平衡狀態(tài)，且沉淀能在整個溶液中均勻的出現，這種方法稱為均相沉淀。通常是通過溶液中的化學反應使沉淀劑緩慢的生成，從而克服了由外部向溶液中加沉淀劑而造成沉淀劑的局部不均勻性，結果沉淀不能在整個溶液中均勻出現的缺點。舉例：隨尿素水溶液的溫度逐漸升高至７０℃附近，尿素會發(fā)生分解，即：（ＮＨ２）ＣＯ＋３Ｈ２Ｏ２ＮＨ４ＯＨ＋ＣＯ２↑由此生成的沉淀劑ＮＨ４ＯＨ在金屬鹽的溶液中分布均勻，濃度低，使得沉淀物均勻的生成。由于尿素的分解速度受加熱溫度和尿素濃度的控制，因此可以使尿素分解速度降的很低。有人采用低的尿素分解速度來制得單晶微粒，用此種方法可
7、制備多種鹽的均勻沉淀，如鋯鹽顆粒以及球形Al(OH)3粒子。溶膠凝膠法溶膠-凝膠法是通過加水形成膠狀懸浮溶液，縮水轉變成濕凝膠，最后干燥變成干凝膠以制取納米材料的濕化學方法。這是一個古老的化學工藝方法其典型的工藝流程如圖，制備濕凝膠的是金屬和非金屬化合物，金屬醇鹽（易與水反應）sol-gel方法多用于制備陶瓷和玻璃納米材料的制備，且產品多樣。發(fā)展簡史1846年法國化學家J.J.Ebelmanl用SiCl412與乙醇混合后，發(fā)現在濕空氣中發(fā)生水解并形成了凝膠。同時，他與Graham和liese
