陕西科技大学材料学院纳米材料第4章纳米粒子的制备方法.ppt

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1、School of Materials Science&Engineering l 人工制备纳米材料的实践人工制备纳米材料的实践也已有也已有10001000年的历史，中年的历史，中 国古代利用蜡烛燃烧之烟雾制成碳黑作为墨的原料和国古代利用蜡烛燃烧之烟雾制成碳黑作为墨的原料和着色的染料，就是最早的人工纳米材料。着色的染料，就是最早的人工纳米材料。l 中国古代铜镜表面的防锈层经检验也已证实为纳米中国古代铜镜表面的防锈层经检验也已证实为纳米SnOSnO2 2颗粒构成的薄膜。颗粒构成的薄膜。第第4 4章章 纳米粒子的制备方法纳米粒子的制备方法School of Materials Science&En

2、gineering 人们自觉地将纳米微粒作为研究对象，而用人们自觉地将纳米微粒作为研究对象，而用人工方人工方法有意识地获得纳米粒子法有意识地获得纳米粒子则是在则是在2020世纪世纪6060年代。年代。n19631963年，年，Ryozi Uyeda等人用气体蒸发（或等人用气体蒸发（或“冷凝冷凝”）法获得了较干净的超微粒，并对单个金属微粒的形貌和法获得了较干净的超微粒，并对单个金属微粒的形貌和晶体结构进行了电镜和电子衍射研究。晶体结构进行了电镜和电子衍射研究。l19841984年，年，Gleiter等人等人 用同样的方法制备出了用同样的方法制备出了纳米相材料纳米相材料TiO2。School of

3、 Materials Science&Engineering 纳米粒子制备方法评述纳米粒子制备方法评述纳米粒子制备方法评述纳米粒子制备方法评述蒸发法蒸发法机械粉碎法机械粉碎法物理方法与化学方法物理方法与化学方法制备了各种金属及合制备了各种金属及合金化合物等几乎所有金化合物等几乎所有物质的纳米粒子物质的纳米粒子高能球磨、振动、高能球磨、振动、搅拌磨及高速气流磨搅拌磨及高速气流磨粉碎极限一般为微米级粉碎极限一般为微米级可以制备金属氧化物、可以制备金属氧化物、氮化物、碳化物、超导氮化物、碳化物、超导材料、磁性材料等几乎材料、磁性材料等几乎所有物质的纳米粒子。所有物质的纳米粒子。粒子的纯度、产率、粒子

4、的纯度、产率、粒径分布、均匀性粒径分布、均匀性及粒子的可控制性及粒子的可控制性等问题依然存在等问题依然存在School of Materials Science&Engineering l过去一般把超微粒子过去一般把超微粒子(包括包括1-100nm1-100nm的纳米微粒的纳米微粒)制制备方法分为两大类：备方法分为两大类：物理方法和化学方法。物理方法和化学方法。l液相法和气相法被归为化学方法，机械粉碎法被划液相法和气相法被归为化学方法，机械粉碎法被划为物理方法。为物理方法。制备方法的分类：制备方法的分类：气相法笼统划为化学法不合适，气相法笼统划为化学法不合适，把粉碎法全归为物理方法也不合。把粉

5、碎法全归为物理方法也不合。School of Materials Science&Engineering 将块状物质将块状物质粉碎粉碎、细、细化，从而得到不同粒化，从而得到不同粒径范围的纳米粒子。径范围的纳米粒子。由小极限原子或由小极限原子或分子的集合体人分子的集合体人工工合成合成超微粒子。超微粒子。School of Materials Science&Engineering 纳米微粒合成技术要求纳米微粒合成技术要求n纳米微粒的纯度及表面干净程度；纳米微粒的纯度及表面干净程度；n纳米微粒的平均粒径及粒度分布；纳米微粒的平均粒径及粒度分布；n纳米微粒的晶型及晶相稳定度；纳米微粒的晶型及晶相稳定

6、度；n纳米粉体是否容易团聚；纳米粉体是否容易团聚；n能长时间运转、容易收集、安定而保存性良好；能长时间运转、容易收集、安定而保存性良好；n生产成本符合商业化运转。生产成本符合商业化运转。School of Materials Science&Engineering 粉碎定义：粉碎定义：固体物料粒子固体物料粒子尺寸由大变小过程的总称，尺寸由大变小过程的总称，它包括它包括“破碎破碎”和和“粉磨粉磨”。前者是由大料块变成前者是由大料块变成小料块的过程，后者是由小料块的过程，后者是由小料块变成粉体的过程。小料块变成粉体的过程。4.1 4.1 制备纳米粒子的物理方法制备纳米粒子的物理方法4.1.14.1

7、.1机械粉碎法机械粉碎法粉碎作用力的类型粉碎作用力的类型School of Materials Science&Engineering 基本粉碎方式：基本粉碎方式：压碎、剪碎、冲击粉碎和磨碎。压碎、剪碎、冲击粉碎和磨碎。种类：种类：湿法粉碎湿法粉碎 干法粉碎干法粉碎 一一般般的的粉粉碎碎作作用用力力都都是是几几种种力力的的组组合合，如如球球磨磨机机和和振振动动磨磨是是磨磨碎碎与与冲冲击击粉粉碎碎的的组组合合；雷雷蒙蒙磨磨是是压压碎碎、剪剪碎碎、磨磨碎碎的的组组合合；气气流流磨磨是是冲冲击击、磨磨碎碎与与剪剪碎碎的的组组合等等。合等等。School of Materials Science&En

8、gineering 种：种：颗粒之间或颗粒与磨球之间互相摩擦颗粒之间或颗粒与磨球之间互相摩擦,使得一定使得一定粒度范围内的颗粒造成表面粉碎粒度范围内的颗粒造成表面粉碎,结果形成大和小两结果形成大和小两种粒度的新颗粒种粒度的新颗粒,称为称为摩擦粉碎或表面粉碎摩擦粉碎或表面粉碎。一一种：种：由于球对颗粒或颗粒对颗粒的冲击、碰撞和剪由于球对颗粒或颗粒对颗粒的冲击、碰撞和剪切等作用切等作用,从颗粒中近似等体积地分割出两个小颗粒从颗粒中近似等体积地分割出两个小颗粒,称为称为冲击压缩粉碎或体积粉碎。冲击压缩粉碎或体积粉碎。球磨过程中引起粉末粒度发生变化的机理有两种：球磨过程中引起粉末粒度发生变化的机理有两

9、种：School of Materials Science&Engineering 粉碎过程的另一现象粉碎过程的另一现象“逆粉碎现象逆粉碎现象”物料在超细粉碎过程中，随着粉碎时间的延长，物料在超细粉碎过程中，随着粉碎时间的延长，颗粒粒度的减小，比表面积的增加，颗粒的表面颗粒粒度的减小，比表面积的增加，颗粒的表面能增大，颗粒之间的相互作用增强，团聚现象增能增大，颗粒之间的相互作用增强，团聚现象增加，达到一定时间后，粉碎加，达到一定时间后，粉碎 团聚团聚是各种粉碎存在最低粒度下限的主要原因；是各种粉碎存在最低粒度下限的主要原因；是相似条件下湿法球磨比干法粒度下限低的原因是相似条件下湿法球磨比干法粒

10、度下限低的原因.School of Materials Science&Engineering 例如：例如：A A：在干法研磨水泥熟料时加入乙二醇作为助磨剂，产率在干法研磨水泥熟料时加入乙二醇作为助磨剂，产率可提高可提高25255050；B B：在湿法球磨锆英石时加入在湿法球磨锆英石时加入0.20.2的三乙醇胺，研磨时的三乙醇胺，研磨时间减少间减少3/43/4。打破以上平衡打破以上平衡,可采取的一个重要方法就是加可采取的一个重要方法就是加入助磨剂。入助磨剂。助。磨剂：助。磨剂：助磨剂定义：在超细粉碎过程中，能够显著提高助磨剂定义：在超细粉碎过程中，能够显著提高粉碎效率或降低能耗的化学物质称为助

11、磨剂。粉碎效率或降低能耗的化学物质称为助磨剂。School of Materials Science&Engineering 在在纳纳米米粉粉碎碎中中，随随着着粒粒子子粒粒径径的的减减小小，被被粉粉碎碎物物料料的的结结晶晶均均匀匀性性增增加加，粒粒子子强强度度增增大大，断断裂裂能能提提高高，粉粉碎碎所所需需的的机机械械应应力力也也大大大大增增加加。因因而而粒粒度度越越细细，粉粉碎碎的的难难度度就就越越大大。粉粉碎碎到到一一定定程程度度后后，尽尽管管继继续续施施加加机机械械应应力力，粉粉体体物物料料的的粒粒度度不不再再继继续续减减小小或或减减小小的的速速率率相相当当缓缓慢慢，这这就就是是物物料料

12、的的粉粉碎碎极极限。限。采用机械粉碎法需注意的问题：采用机械粉碎法需注意的问题：1 1）安全性问题）安全性问题 对于易燃、易爆物料，其粉碎生产过程中还会伴随有燃对于易燃、易爆物料，其粉碎生产过程中还会伴随有燃烧、爆炸的可能性。烧、爆炸的可能性。2 2）纳米机械粉碎极限）纳米机械粉碎极限School of Materials Science&Engineering 球球磨磨机机是是目目前前广广泛泛采用的纳米磨碎设备。采用的纳米磨碎设备。它它是是利利用用介介质质和和物物料料之之间间的的相相互互研研磨磨和和冲冲击击使使物物料料粒粒子子粉粉碎碎，经经几几百百小小时时的的球球磨磨，可可使使小小于于l l

13、m m的的粒子达到粒子达到2020。4.1.1.1 4.1.1.1 球磨球磨(Milling)Milling)1 1）可充入惰性气体进可充入惰性气体进行机械合金，机械复合，行机械合金，机械复合，纳米材料及复合材料的纳米材料及复合材料的合成。合成。2 2）材质可选择玛瑙，）材质可选择玛瑙，氮化硅，氧化铝，氧化氮化硅，氧化铝，氧化锆，不锈钢，普通钢，锆，不锈钢，普通钢，碳化钨，包裹塑料的不碳化钨，包裹塑料的不锈钢。锈钢。School of Materials Science&Engineering 滚筒式球磨滚筒式球磨School of Materials Science&Engineering

14、1 1）高能球磨制备）高能球磨制备ZnSeZnSe纳米晶粉体纳米晶粉体 车俊车俊 姚熹姚熹 姜海青姜海青 汪敏强汪敏强，西安交通大学西安交通大学,稀有金属材料与工程稀有金属材料与工程-20062006将相同摩尔比的将相同摩尔比的ZnZn粉和粉和SeSe粉放在球磨罐粉放在球磨罐(WC)(WC)中，选用球石直中，选用球石直径为径为10mm10mm，原料：球石原料：球石1:201:20，干磨，在氮气保护下，球磨，干磨，在氮气保护下，球磨60min60min即可获得纯立方闪锌矿结构，避免了即可获得纯立方闪锌矿结构，避免了ZnOZnO相的出现。晶相的出现。晶粒的尺寸用粒的尺寸用ScherrerScher

15、rer公式计算为公式计算为5nm5nm，用，用TEMTEM直接观察的尺寸直接观察的尺寸为为10nm10nm左右。左右。参考资料参考资料1 1School of Materials Science&Engineering 未被未被N2气保护的气保护的ZnSe样品样品 被被N2气保护的气保护的ZnSe样品样品School of Materials Science&Engineering 环保意识增强呼唤电动汽车。电动汽车的关键之一是环保意识增强呼唤电动汽车。电动汽车的关键之一是要有大容量充电电池。目的：针对电动汽车用电池负极材要有大容量充电电池。目的：针对电动汽车用电池负极材料。料。西安交通大学正

16、在开发的西安交通大学正在开发的高能球磨高能球磨MgNiMgNi合金合金电池负极电池负极材料，处于国内先进，可做为大容量充电电池的负极候选材料，处于国内先进，可做为大容量充电电池的负极候选材料，为进一步开发制备大容量合金负极，进而开发大容材料，为进一步开发制备大容量合金负极，进而开发大容量充电电池奠定基础。量充电电池奠定基础。高能球磨制备大容量贮氢合金电极材料高能球磨制备大容量贮氢合金电极材料参考资料参考资料2School of Materials Science&Engineering 周勇敏周勇敏.高能球磨法制备纳米铋粉的研究高能球磨法制备纳米铋粉的研究.润滑与密封润滑与密封,2006.10

17、,2006.10 南京工业大学南京工业大学A A：实验原料和设备实验原料和设备原原 无水乙醇、无水乙醇、PVPPVP、硬脂酸均为分析纯硬脂酸均为分析纯,铋粒；国产高能铋粒；国产高能行星磨行星磨,4,4个不锈钢金属罐中分别配有个不锈钢金属罐中分别配有2cm2cm的金属球的金属球2020枚枚,1cm1cm的金属球的金属球100100枚。枚。纳米铋粉由于特殊的性能在冶金添加剂、润滑油添加剂、纳米铋粉由于特殊的性能在冶金添加剂、润滑油添加剂、催化剂、医药、半导体原料等具有广阔的应用前景催化剂、医药、半导体原料等具有广阔的应用前景,但有关但有关制备纳米铋粉的报道并不多见。制备纳米铋粉的报道并不多见。参考

18、资料参考资料3School of Materials Science&Engineering B B：纳米铋粉的制备纳米铋粉的制备 在每个金属罐中加入无水乙醇在每个金属罐中加入无水乙醇100 ml100 ml、铋粒铋粒12.54 g12.54 g、PVP 6.27 g,PVP 6.27 g,调整转速为调整转速为400r/min,400r/min,时间设置为时间设置为4h,4h,球磨。球磨。结束后将产物取出封存静置结束后将产物取出封存静置,得到黑色胶体溶液得到黑色胶体溶液,粉体在其粉体在其中分散均匀而稳定中分散均匀而稳定,溶液长久不见澄清。溶液长久不见澄清。School of Materials

19、 Science&Engineering 该溶液中的粉体采用离心沉降收集很困难该溶液中的粉体采用离心沉降收集很困难,高速离高速离心也不能使溶液澄清心也不能使溶液澄清,分离出的粉体也很少分离出的粉体也很少,将溶剂干将溶剂干燥也不能析出纳米铋粉。燥也不能析出纳米铋粉。因此铋粉的收集采用因此铋粉的收集采用电解质聚沉法电解质聚沉法,每每100 ml100 ml均相均相溶液加入溶液加入2 g2 g硬脂酸硬脂酸,用玻璃棒搅拌使其溶解用玻璃棒搅拌使其溶解,封存静封存静置置,几天后黑色粉体沉降底部几天后黑色粉体沉降底部,黑色溶液全部澄清黑色溶液全部澄清,无无色透明。去除上层清液色透明。去除上层清液,加入无水乙

20、醇清洗数次加入无水乙醇清洗数次,真空真空干燥干燥,得到黑色的纳米铋粉。得到黑色的纳米铋粉。C C：纳米铋粉的收集纳米铋粉的收集School of Materials Science&Engineering 孔慧孔慧.高能球磨法制备高电位梯度的高能球磨法制备高电位梯度的ZnOZnO 压敏电阻压敏电阻.电子元电子元件与材料件与材料.2007,26(1):11-13(.2007,26(1):11-13(华东师范大学华东师范大学)高能球磨是制备纳米级粉体的一种常见方法，可以提高高能球磨是制备纳米级粉体的一种常见方法，可以提高粉体的活性，从而降低烧结温度。在制备粉体的活性，从而降低烧结温度。在制备ZnO

21、ZnO 压敏电阻方面，压敏电阻方面，使用高能球磨的报道较少。使用高能球磨的报道较少。ZnOZnO 压敏电阻在工业生产中主要用低能球磨搅拌混合、压敏电阻在工业生产中主要用低能球磨搅拌混合、高温烧结的方法制备，烧结温度一般为高温烧结的方法制备，烧结温度一般为1100-13501100-1350。参考资料参考资料4School of Materials Science&Engineering vFahFah：采用高能球磨法，将粉料细化至采用高能球磨法，将粉料细化至17nm17nm左右，烧结温度左右，烧结温度降至降至11001100，但温度仍然较高，其等静压成型使成本增加。，但温度仍然较高，其等静压成

22、型使成本增加。v孔慧等：高能球磨孔慧等：高能球磨5h5h即可制备纯度较高、晶粒尺寸较小的以即可制备纯度较高、晶粒尺寸较小的以ZnOZnO为主的混合粉体，最佳烧结温度为主的混合粉体，最佳烧结温度10001000比一般的固相法烧比一般的固相法烧结温度降低了结温度降低了100-300100-300，大大节省了生产成本。，大大节省了生产成本。School of Materials Science&Engineering ZnO+Bi2O3+Sb2O3+Cr2O3+Co2O3+MnO2湿磨0，5，10，20h烘干压制(A)(B)混合粉（ZnO+Cr2O3+Co2O3+MnO2）混合湿磨5h烘干混合粉（B

23、i2O3+Sb2O3）烘干压制湿磨12hSchool of Materials Science&Engineering A:A:球磨时间对压敏电阻电性能的影响球磨时间对压敏电阻电性能的影响B:B:烧结温度对压敏电阻电性能的影响烧结温度对压敏电阻电性能的影响此文章的结果与讨论此文章的结果与讨论随着球磨时间的延长，球磨随着球磨时间的延长，球磨10 10，20 h 20 h 样品的电位梯样品的电位梯度增长缓慢。度增长缓慢。随着烧结温度的升高，电位梯度显著变小。随着烧结温度的升高，电位梯度显著变小。C C：添加剂是否预处理的影响添加剂是否预处理的影响粉体预处理后制得的样品的电位梯度更大。粉体预处理后制

24、得的样品的电位梯度更大。School of Materials Science&Engineering 以以球球或或棒棒为为介介质质，介介质质在在粉粉碎碎室室内内振振动动，冲冲击击物物料料使使其其粉粉碎碎，可可获获得得小小于于2m的的粒粒子子达达90，甚甚至至可可获获得得0.5m的纳米粒子。的纳米粒子。4.1.1.2 4.1.1.2 振动球磨振动球磨振动球磨机结构示意图振动球磨机结构示意图School of Materials Science&Engineering 振动球磨振动球磨School of Materials Science&Engineering 采用粒径为采用粒径为30nm30

25、nm的的SiCSiC和和100m100m左右的左右的AlAl粉颗粉颗粒为初始原料粒为初始原料,通过高能振动球磨的方法对体积分通过高能振动球磨的方法对体积分数为数为5 5、1010、2020、3030的的SiCpSiCp/Al/Al复合粉末进行了球磨复合粉末进行了球磨处理。复合粉体球磨处理。复合粉体球磨30h30h后，可以将铝粉细化至后，可以将铝粉细化至70-70-100nm100nm。高能振动球磨法制备纳米高能振动球磨法制备纳米SiCpSiCp/Al/Al复合材料的研究复合材料的研究 参考资料参考资料1 1School of Materials Science&Engineering 机械球磨

26、法制取超细碳化钨粉的研究机械球磨法制取超细碳化钨粉的研究 高科技的迅猛发展需要性能更加优越的新材料高科技的迅猛发展需要性能更加优越的新材料,并对材料的硬度、强度及耐磨性提出了更高的要求。并对材料的硬度、强度及耐磨性提出了更高的要求。碳化钨基超细硬质合金已显示出优越的机械性能。碳化钨基超细硬质合金已显示出优越的机械性能。以色列以色列G.R.GorenG.R.Goren等人采用粉末粒度为等人采用粉末粒度为0.6m 0.6m 的碳化钨粉的碳化钨粉,经经300h300h的球磨后获得纳米碳化钨粉的球磨后获得纳米碳化钨粉,且且干磨粉末粒度更为均匀干磨粉末粒度更为均匀(5(510nm)10nm)，而湿磨粉末

27、粒而湿磨粉末粒度分布较宽度分布较宽(1(150nm)50nm)。参考资料参考资料2School of Materials Science&Engineering 中南大学粉末冶金国家重点实验室的吴恩熙等人的中南大学粉末冶金国家重点实验室的吴恩熙等人的研究发现：研究发现：n采用采用振动球磨振动球磨对粗、中、细碳化钨粉均有显著的对粗、中、细碳化钨粉均有显著的细化效果。振动球磨制取超细碳化钨的最小粒度细化效果。振动球磨制取超细碳化钨的最小粒度取决于球磨强度、球磨时间和球料比。取决于球磨强度、球磨时间和球料比。School of Materials Science&Engineering 3)3)对相

28、变温度影响对相变温度影响结果:随着球磨时间的增长,Al2O3的相变温度降低,当球磨时间达50h时,-Al2O3到-Al2O3相变以及-Al2O3到-Al2O3相变的温度均降低了100左右;球磨作用促进了Al2O3的晶化,同时可以造成纳米氧化铝的晶格缺陷,是导致相变温度降低的主要原因。摘要:为了探讨球磨作用对纳米Al2O3颗粒相变温度的影响,利用高能振动球磨机分别对纳米Al2O3进行不同时间的球磨,并将球磨作用后的Al2O3粉末在不同温度下进行退火处理。School of Materials Science&Engineering 利利用用研研磨磨介介质质可可以以在在一一定定振振幅幅对对物物料料

29、进进行行冲冲击、摩擦、剪切等作用而使物料粉碎。击、摩擦、剪切等作用而使物料粉碎。与与球球磨磨机机不不同同，振振动动磨磨是是通通过过介介质质与与物物料料一一起振动起振动将物料进行粉碎的。将物料进行粉碎的。选选择择适适当当研研磨磨介介质质，振振动动磨磨可可用用于于各各种种硬硬度度物物料料的的纳纳米米粉粉碎碎，相相应应产产品品的的平平均均粒粒径径可可达达1 1m m以下。以下。4.1.1.3 4.1.1.3 振动磨振动磨School of Materials Science&Engineering 振动磨优点：振动磨优点：在高频下工作，而高频振动易使物在高频下工作，而高频振动易使物料生成裂缝，且能在

30、裂缝中产生相当高的应力集中，料生成裂缝，且能在裂缝中产生相当高的应力集中，故它能有效地进行超细磨。故它能有效地进行超细磨。在粗磨矿时，振动磨的优点并不很显著，因而至今在选在粗磨矿时，振动磨的优点并不很显著，因而至今在选矿上尚未采用它代替普通球磨，但在化学工业上得到了发展。矿上尚未采用它代替普通球磨，但在化学工业上得到了发展。缺点：缺点：此种机械的弹簧易于疲劳而破坏，衬板消耗此种机械的弹簧易于疲劳而破坏，衬板消耗也较大，所用的振幅较小，给矿不宜过粗，而且要也较大，所用的振幅较小，给矿不宜过粗，而且要求均匀加入，故通常适用于将求均匀加入，故通常适用于将1 12 2毫米的物料磨至毫米的物料磨至858

31、55 5微米微米(干磨干磨)或或5 50.10.1微米微米(湿磨湿磨)。School of Materials Science&Engineering 构构成成：静静止止的的研研磨磨筒筒和和旋旋转搅拌器。转搅拌器。介介质质：一一般般使使用用球球形形研研磨磨介介质质，其其平平均均直直径径小小于于6mm6mm。用用于于纳纳米米粉粉碎碎时时，一般小于一般小于3mm3mm。4.1.1.4 4.1.1.4 搅拌磨搅拌磨特点：特点：不出现死角、临界转速的限制、不出现死角、临界转速的限制、减小磨球直径的办法来提高磨球的总减小磨球直径的办法来提高磨球的总撞击几率。撞击几率。School of Material

32、s Science&Engineering 参考资料参考资料1【关键词】搅拌磨;超细SiO2粉;操作参数;助磨剂;School of Materials Science&Engineering【关键词关键词】机械研磨机械研磨;搅拌磨搅拌磨;纳米颗粒纳米颗粒;二氧化钛二氧化钛;光催化光催化;Effect of high-energy ball milling on phase transition temperature of nano-Al2O3 powders 参考资料参考资料2School of Materials Science&Engineering 摘要摘要:用用一种高能搅拌磨一种高

33、能搅拌磨研磨研磨锐钛矿型锐钛矿型TiO2粉体粉体,用用氮气吸氮气吸附法测量不同研磨时间附法测量不同研磨时间TiO2粉体的比表面积粉体的比表面积,用用声发射粒度声发射粒度仪和扫描电镜测量和观察了颗粒的粒径和形貌。仪和扫描电镜测量和观察了颗粒的粒径和形貌。结果表明结果表明:经研磨经研磨7h7h得到的得到的T TiO2粉体的平均粒径为粉体的平均粒径为50nm,50nm,比表面积大于比表面积大于70m2/g70m2/g。经。经X X射线衍射仪测试表明射线衍射仪测试表明:研磨后研磨后TiO2粉体的晶型粉体的晶型发生变化发生变化,随着研磨时间增加随着研磨时间增加,TiO2结晶度会明显降低。另外结晶度会明显

34、降低。另外,用分光光度计测量了用分光光度计测量了甲基橙甲基橙在在TiO2光催化前后的吸光率光催化前后的吸光率,用用紫外吸收光谱仪测量了紫外吸收光谱仪测量了TiO2在研磨前后的紫外漫反射吸收在研磨前后的紫外漫反射吸收光谱光谱,从而表征了从而表征了TiO2粉体的光学性能。机械法制备的纳米粉体的光学性能。机械法制备的纳米TiO2粉体在紫外线的照射下能够产生光催化作用粉体在紫外线的照射下能够产生光催化作用,并且具有并且具有吸收紫外线的能力。吸收紫外线的能力。School of Materials Science&Engineering 原原理理：利利用用一一对对固固体体磨磨子子和和高高速速旋旋转转磨磨

35、体体的的相相对对运运动动所所产产生生的的强强大大剪剪切切、摩摩擦擦、冲冲击击等等作作用用力力来来粉碎或分散物料粒子的。粉碎或分散物料粒子的。被被处处理理的的桨桨料料通通过过两两磨磨体体之之间间的的微微小小间间隙隙，被被有有效效地地粉粉碎碎、分分散散、乳乳化化、微微粒粒化化。在在短短时时间间内，经处理的产品粒径可达内，经处理的产品粒径可达1 1m m。4.1.1.54.1.1.5 胶体磨胶体磨A为空心转轴，与为空心转轴，与C盘相连，向一个盘相连，向一个方向旋转，方向旋转，B盘向另一方向旋转。分盘向另一方向旋转。分散相、分散介质和稳定剂从空心轴散相、分散介质和稳定剂从空心轴A处加入，从处加入，从C

36、盘与盘与B盘的狭缝中飞出，盘的狭缝中飞出，用两盘之间的切应力将固体粉碎用两盘之间的切应力将固体粉碎.School of Materials Science&Engineering 关键词：关键词：WSWS2 2；纳米；纳米；胶体磨胶体磨；分散剂；分散剂；T154 T154 参考资料参考资料1摘要摘要:利用改进胶体磨进行机械粉碎的方法，在添加分散剂利用改进胶体磨进行机械粉碎的方法，在添加分散剂T154(T154(聚异丁烯双丁二酸亚胺聚异丁烯双丁二酸亚胺)和通入氟气保护的情况下，制和通入氟气保护的情况下，制备出平均粒径约为备出平均粒径约为60nm60nm的的WSWS2 2粒子，并测定其油相中主要元

37、粒子，并测定其油相中主要元素的质量分数，探讨其制备机理。素的质量分数，探讨其制备机理。School of Materials Science&Engineering 原原理理：利利用用高高速速气气流流(300(300-500m500m/s)s)或或热热蒸蒸气气(300(300450450)的的能能量量使使粒粒子子相相互互产产生生冲冲击击、碰碰撞撞、摩摩擦擦而而被被较较快快粉粉碎碎。在在粉粉碎碎室室中，粒子之间碰撞频率远高于粒子与器壁之间的碰撞。中，粒子之间碰撞频率远高于粒子与器壁之间的碰撞。4.1.1.64.1.1.6 纳米气流粉碎气流磨纳米气流粉碎气流磨特特点点：产产品品的的粒粒径径下下限限

38、可可达达到到0.10.1m m以以下下。除除了了产产品品粒粒度度微微细细以以外外，气气流流粉粉碎碎的的产产品品还还具具有有粒粒度度分分布布窄窄、粒粒子子表表面面光光滑滑、形形状状规规则则、纯纯度度高高、活活性性大、分散性好等优点。大、分散性好等优点。School of Materials Science&Engineering 优点优点:通过气体传输粉料的一种研磨方法。与机械研磨法通过气体传输粉料的一种研磨方法。与机械研磨法不同的是，气流研磨不同的是，气流研磨不需要磨球及其它辅助研磨介质不需要磨球及其它辅助研磨介质。研。研磨腔内是粉末与气体的两相混合物。磨腔内是粉末与气体的两相混合物。根据粉料

39、的化学性质，可采用不同的气源，如陶瓷粉根据粉料的化学性质，可采用不同的气源，如陶瓷粉多采用空气，而金属粉末则需要用惰性气体或还原性气体。多采用空气，而金属粉末则需要用惰性气体或还原性气体。由于不使用研磨球及研磨介质，所以气流研磨粉的由于不使用研磨球及研磨介质，所以气流研磨粉的化学纯化学纯度一般比机械研磨法的要高度一般比机械研磨法的要高。School of Materials Science&Engineering 1.压缩空气空气经喷嘴嘴加速成超音速气流加速成超音速气流后射入粉碎区使物后射入粉碎区使物料呈流化状料呈流化状态。2.在粉碎区，被加速在粉碎区，被加速的物料在各的物料在各喷嘴的交嘴的交

40、汇点高速点高速汇合。在此，合。在此，颗粒互相粒互相对撞粉碎。撞粉碎。4.合格合格细粉粉经分分级轮随气流随气流进入收集系入收集系统进行收集，含行收集，含尘气体气体经布袋收布袋收尘器器过滤净化后排入大气。化后排入大气。3.粉碎后的物料被粉碎后的物料被负压上升气流上升气流输送至分送至分级区，区，由内分由内分级轮筛选出的粒出的粒度即度即为所要求的所要求的细粉，粉，未未满足粒度要求的粗粉足粒度要求的粗粉返回粉碎区返回粉碎区继续粉碎粉碎（无大（无大颗粒粒产生）。生）。School of Materials Science&Engineering 气流粉碎是用高速气流来实气流粉碎是用高速气流来实现物料超微粉

41、碎，粉末在高速气现物料超微粉碎，粉末在高速气流中相互撞击而被粉碎。流中相互撞击而被粉碎。经过净化、干燥的高压空气通过特殊配置的几个经过净化、干燥的高压空气通过特殊配置的几个超音速喷嘴向同一位置高速喷射，粉末进入喷嘴交汇超音速喷嘴向同一位置高速喷射，粉末进入喷嘴交汇处反复被冲击、碰撞，达到粉碎细化。处反复被冲击、碰撞，达到粉碎细化。School of Materials Science&Engineering 由于粉末颗粒的运动是从流态气体中获得的，因此，由于粉末颗粒的运动是从流态气体中获得的，因此，提高颗粒的动能必须要提高载流气体的速度。提高颗粒的动能必须要提高载流气体的速度。两种办法来实现：

42、两种办法来实现：提高气体的入口压力提高气体的入口压力气体喷嘴的气体动力学设计气体喷嘴的气体动力学设计通过这两种办法使喷嘴出口端的气体流速达超音速。通过这两种办法使喷嘴出口端的气体流速达超音速。School of Materials Science&Engineering 气流粉碎方法制备超细气流粉碎方法制备超细WCWC粉末粉末.中国钨业中国钨业.孙亚丽孙亚丽.2006.2006n（1 1）气流粉碎方法可去除）气流粉碎方法可去除WCWC粉末中粗大颗粒，破坏聚粉末中粗大颗粒，破坏聚集团粒，有效细化集团粒，有效细化WCWC粉末。粉末。n（2 2）与分级设备联合可获得粒度均匀的）与分级设备联合可获得粒

43、度均匀的WCWC粉末。粉末。n（3 3）采用气流粉碎细化）采用气流粉碎细化WCWC粉末污染小。粉末污染小。n（4 4）与球磨工艺相比，气流粉碎效率高，成本低。）与球磨工艺相比，气流粉碎效率高，成本低。参考资料参考资料School of Materials Science&Engineering SEMSEM形貌观察：采用气流粉碎处理的形貌观察：采用气流粉碎处理的WCWC粉末更加分散，团聚的粉末更加分散，团聚的情况更小，并且没有尺寸很大的颗粒存在，粉末整体性能较好。情况更小，并且没有尺寸很大的颗粒存在，粉末整体性能较好。School of Materials Science&Engineerin

44、g 小结：小结：机械粉碎法机械粉碎法1 1球磨球磨 6 6纳米气流粉碎气流磨纳米气流粉碎气流磨5 5胶体磨胶体磨4 4搅拌磨搅拌磨3 3振动磨振动磨2 2振动球磨振动球磨 School of Materials Science&Engineering 尹邦跃尹邦跃.B.B4 4C C 粉末的粉末的滚动球磨、振动球磨和气流粉碎滚动球磨、振动球磨和气流粉碎.粉末冶粉末冶金技术金技术.2001,19(6):360-363.2001,19(6):360-363B B4 4C C是共价键很强的陶瓷材料是共价键很强的陶瓷材料,其烧结性极差其烧结性极差;在常压下于在常压下于23002300烧结烧结,其相对密

45、度仅为其相对密度仅为70%70%左右。提高左右。提高B B4 4C C粉末的比表粉末的比表面积或减小粉末粒度面积或减小粉末粒度,可在一定范围内提高烧结密度。可在一定范围内提高烧结密度。A A：可以使原始可以使原始B B4 4C C粗粉显著细化粗粉显著细化,从而改善烧结性从而改善烧结性;然而然而,大大量杂质量杂质FeFe的引入是一个麻烦问题的引入是一个麻烦问题,必须对球磨后的粉末进行必须对球磨后的粉末进行多次酸洗处理。酸洗工艺使制粉成本大大提高多次酸洗处理。酸洗工艺使制粉成本大大提高,且工作环境且工作环境恶劣恶劣,故球磨法的应用受到一定的限制。故球磨法的应用受到一定的限制。B B：是使颗粒在受到

46、高速气流是使颗粒在受到高速气流(300(300500m/s)500m/s)的加速后产生剧的加速后产生剧烈的互相冲击、碰撞和摩擦烈的互相冲击、碰撞和摩擦,从而达到粉碎目的从而达到粉碎目的,因此因此,粉碎粉碎效率高效率高,处理量大处理量大,且不易引入杂质。且不易引入杂质。School of Materials Science&Engineering 4.1.2 4.1.2 构筑法构筑法定义：由小极限原子或分子的集合体人工合成超微粒子。定义：由小极限原子或分子的集合体人工合成超微粒子。块体材料块体材料原子分子化原子分子化纳米粒子纳米粒子如何使块体材料如何使块体材料通过物理的方法通过物理的方法原子分子

47、化？原子分子化？如何使许多原子如何使许多原子或分子凝聚生成或分子凝聚生成纳米粒子？纳米粒子？蒸发、离子溅射、溶剂分散蒸发、离子溅射、溶剂分散-惰性气体中或不活泼气体中凝聚惰性气体中或不活泼气体中凝聚流动的油面上凝聚流动的油面上凝聚冷冻干燥法冷冻干燥法-电阻加热、等离子体加热、电阻加热、等离子体加热、激光加热、电子束加热、激光加热、电子束加热、电弧放电加热、高频感应加电弧放电加热、高频感应加热、太阳炉加热热、太阳炉加热-School of Materials Science&Engineering 例：例：某纳米颗粒的制备某纳米颗粒的制备School of Materials Science&E

48、ngineering 4.1.2.1 4.1.2.1 蒸发凝聚法蒸发凝聚法蒸蒸发发法法定定义义：将将纳纳米米粒粒子子的的原原料料加加热热、蒸蒸发发，使使之之成成为为原原子子或或分分子子；再再使使许许多多原原子子或或分分子子凝凝聚聚，生生成成极微细的纳米粒子。极微细的纳米粒子。蒸发法所得产品粒子一般在蒸发法所得产品粒子一般在5nm-100nm5nm-100nm之间。之间。由于制备过程一般不伴有燃烧之类的化学反应，由于制备过程一般不伴有燃烧之类的化学反应，全过程都是物理变化过程，因此蒸发法制备纳米粒全过程都是物理变化过程，因此蒸发法制备纳米粒子属于纯粹的子属于纯粹的物理制备方法。物理制备方法。Sc

49、hool of Materials Science&Engineering 蒸发凝聚法的典型过程：蒸发凝聚法的典型过程：n欲蒸的物质置于坩埚内；欲蒸的物质置于坩埚内；n通通过过钨钨电电阻阻加加热热器器或或石石墨墨加加热热器器等等加加热热装装置置逐逐渐渐加加热热蒸蒸发发，产产生生原原物物质烟雾；质烟雾；n由由于于惰惰性性气气体体的的对对流流，烟烟雾雾向向上上移移动动，并并接接近近充液氮的冷却棒。充液氮的冷却棒。纳米粒子制备原理图School of Materials Science&Engineering A A：调节惰性气体压力；调节惰性气体压力；B B：蒸发物质的分压即蒸发温度或速率；蒸发物

50、质的分压即蒸发温度或速率；C C：惰性气体的温度。惰性气体的温度。在接近冷却棒的过程中：在接近冷却棒的过程中：最后粉体在冷却棒表面上积累起来，用聚四氟最后粉体在冷却棒表面上积累起来，用聚四氟乙烯刮刀刮下并收集起来获得纳米粉。乙烯刮刀刮下并收集起来获得纳米粉。特点特点:加热方式简单加热方式简单,工作温度受坩埚材料的限制工作温度受坩埚材料的限制,还可能与还可能与坩埚反应。所以一般用来制备坩埚反应。所以一般用来制备AlAl、CuCu、AuAu等低熔点金属的等低熔点金属的纳米粒子。纳米粒子。School of Materials Science&Engineering 为为了了保保证证物物质质加加热热