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纳米粉体物理制备方法简介
2015月01月27日 发布 分类:粉体加工技术 点击量:13041
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  纳米粉体制备方法有化学法和物理法两大类。在粉体圈技术资料中,我们曾经介绍过“纳米粉体的化学制备方法”,而物理法制备纳米粉体技术目前尚未广泛运用,但是随着材料科学的进步,物理法制备纳米粉体也取得明显的进步。由于物理法制备纳米粉体有许多先天的优势和技术开发潜力,一直以来吸引着许多企业和研究机构的注意力。不断的投入人力物力,进行广泛而深入的研究。本文在此将给读者简单的介绍目前已经具备一定实用价值的物理法纳米粉体技术

纳米银粉高清照片


      1. 蒸发冷凝法


      蒸发冷凝法是指在高真空的条件下,金属试样经蒸发后冷凝试样蒸发方式包括电弧放电,产生高能电脉冲或高频感应等以产生高温等离子体,使金属蒸发。当金属蒸发后,金属粒子被周围气体分子碰撞,凝聚在冷凝管上成10nm左右的纳米颗粒,其尺寸可以通过调节蒸发温度场、气体压力进行控制,最小的可以制备出粒径为2nm的颗粒蒸发冷凝法制备的超微颗粒具有如下特征:(1)高纯度(2)粒径分布窄(3)良好结晶和清洁表面(4)粒度易于控制等。这种方法可制得平均粒径为3nm的Ag、Au、Cu、Pb等粒子。


  2. 激光聚集原子沉积法


  用激光控制原子束在纳米尺度下的移动,使原子平行沉积以实现纳米材料的有目的的构造激光作用于原子束通过两个途径,即瞬时力和偶合力在接近共振的条件下,原子束在沉积过程中被激光驻波作用而聚集,逐步沉积在硅衬底上,形成指定形状如线形。


  3. 非晶晶化法


      通过晶化过程的控制,将非晶材料转变为纳米材料例如,将Ni80P20非晶合金条带在不同温度下进行等温热处理,使其产生纳米尺寸的合金晶粒纳米晶粒的长大与其中的晶界类型有关。这种方法在制作纳米永磁体研究中发挥了积极作用。


      4. 机械球磨法


  机械球磨法以粉碎与研磨为主体来实现粉末的纳米化,可以制备纳米纯元素和合金高能球磨可以制备具有bcc结构(如Cr、Nb、W等)和hcp结构(如Zr, Hf, Ru等)的金属纳米晶,但会有相当的非晶成分;而对于fcc结构的金属(如Cu)则不易形成纳米晶体。


  机械合金化法是美国INCO公司为制备Ni基氧化物粒子弥散强化合金而研制成的一种技术。该法工艺简单,制备效率高,能制备出常规方法难以获得的高熔点金属合金纳米材料近年来,发展出助磨剂物理粉碎法、及超声波粉碎法,可制得粒径小于100nm的微粒。


  5. 离子注入法


  用同位素分离器使具有一定能量的离子硬嵌在某一与它固态不相溶的衬底中,然后加热退火,让它偏析出来它形成的纳米微晶在衬底中深度分布和颗粒大小可通过改变注入离子的能量和剂量,以及退火温度来控制在一定注入条件下,经一定含量氢气保护的热处理后获得了在Cu、Ag, Al, SiO2中的a-Fe纳米微晶Fe和C双注入,Fe和双注入制备出在SiO2和Cu中的Fe3O4和Fe-N纳米微晶纳米微晶的形成和热扩散系数以及扩散长度有关。

 
  6. 原子法


  科学界曾设想“如果有一天能按人的意愿安排一个个原子和分子将会产生什么样的奇迹”?人类发明了扫描隧道显微镜(STM)后,以空前的分辨率为我们揭示了一个“可见”的原子、分子世界。STM已发展成为一个可排布原子的工具,从1990年人们首次用STM进行了原子、分子水平的操作起,用原子法制造纳米级超细微粉成为现实。

 
  综上所述,目前纳米材料的物理制备方法中,物理粉碎法及机械合金化法工艺简单,产量高,但制备过程中易引入杂质;蒸发冷凝法使用范围十分广泛,制备装置容易实现,但影响粉体粒径的工艺参数多、粉体的产率低,这些问题一直制约着该方法的发展;总体而言物理方法制备纳米材料技术无论是普及程度和实际应用到生产中的效益都不及化学法,但是物理制备纳米粉体的前景是广阔的,值得持续的深入研究探索。

(粉体圈  作者:敬之)



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