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納米粉體物理制備方法簡介
2015年01月27日 發布 分類:粉體加工技術 點擊量:16030
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  納米粉體制備方法有化學法和物理法兩大類。在粉體圈技術資料中,我們曾經介紹過“納米粉體的化學制備方法”,而物理法制備納米粉體技術目前尚未廣泛運用,但是隨著材料科學的進步,物理法制備納米粉體也取得明顯的進步。由于物理法制備納米粉體有許多先天的優勢和技術開發潛力,一直以來吸引著許多企業和研究機構的注意力。不斷的投入人力物力,進行廣泛而深入的研究。本文在此將給讀者簡單的介紹目前已經具備一定實用價值的物理法納米粉體技術

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      1. 蒸發冷凝法


      蒸發冷凝法是指在高真空的條件下,金屬試樣經蒸發后冷凝試樣蒸發方式包括電弧放電,產生高能電脈沖或高頻感應等以產生高溫等離子體,使金屬蒸發。當金屬蒸發后,金屬粒子被周圍氣體分子碰撞,凝聚在冷凝管上成10nm左右的納米顆粒,其尺寸可以通過調節蒸發溫度場、氣體壓力進行控制,最小的可以制備出粒徑為2nm的顆粒蒸發冷凝法制備的超微顆粒具有如下特征:(1)高純度(2)粒徑分布窄(3)良好結晶和清潔表面(4)粒度易于控制等。這種方法可制得平均粒徑為3nm的Ag、Au、Cu、Pb等粒子。


  2. 激光聚集原子沉積法


  用激光控制原子束在納米尺度下的移動,使原子平行沉積以實現納米材料的有目的的構造激光作用于原子束通過兩個途徑,即瞬時力和偶合力在接近共振的條件下,原子束在沉積過程中被激光駐波作用而聚集,逐步沉積在硅襯底上,形成指定形狀如線形。


  3. 非晶晶化法


      通過晶化過程的控制,將非晶材料轉變為納米材料例如,將Ni80P20非晶合金條帶在不同溫度下進行等溫熱處理,使其產生納米尺寸的合金晶粒納米晶粒的長大與其中的晶界類型有關。這種方法在制作納米永磁體研究中發揮了積極作用。


      4. 機械球磨法


  機械球磨法以粉碎與研磨為主體來實現粉末的納米化,可以制備納米純元素和合金高能球磨可以制備具有bcc結構(如Cr、Nb、W等)和hcp結構(如Zr, Hf, Ru等)的金屬納米晶,但會有相當的非晶成分;而對于fcc結構的金屬(如Cu)則不易形成納米晶體。


  機械合金化法是美國INCO公司為制備Ni基氧化物粒子彌散強化合金而研制成的一種技術。該法工藝簡單,制備效率高,能制備出常規方法難以獲得的高熔點金屬合金納米材料近年來,發展出助磨劑物理粉碎法、及超聲波粉碎法,可制得粒徑小于100nm的微粒。


  5. 離子注入法


  用同位素分離器使具有一定能量的離子硬嵌在某一與它固態不相溶的襯底中,然后加熱退火,讓它偏析出來它形成的納米微晶在襯底中深度分布和顆粒大小可通過改變注入離子的能量和劑量,以及退火溫度來控制在一定注入條件下,經一定含量氫氣保護的熱處理后獲得了在Cu、Ag, Al, SiO2中的a-Fe納米微晶Fe和C雙注入,Fe和雙注入制備出在SiO2和Cu中的Fe3O4和Fe-N納米微晶納米微晶的形成和熱擴散系數以及擴散長度有關。

 
  6. 原子法


  科學界曾設想“如果有一天能按人的意愿安排一個個原子和分子將會產生什么樣的奇跡”?人類發明了掃描隧道顯微鏡(STM)后,以空前的分辨率為我們揭示了一個“可見”的原子、分子世界。STM已發展成為一個可排布原子的工具,從1990年人們首次用STM進行了原子、分子水平的操作起,用原子法制造納米級超細微粉成為現實。

 
  綜上所述,目前納米材料的物理制備方法中,物理粉碎法及機械合金化法工藝簡單,產量高,但制備過程中易引入雜質;蒸發冷凝法使用范圍十分廣泛,制備裝置容易實現,但影響粉體粒徑的工藝參數多、粉體的產率低,這些問題一直制約著該方法的發展;總體而言物理方法制備納米材料技術無論是普及程度和實際應用到生產中的效益都不及化學法,但是物理制備納米粉體的前景是廣闊的,值得持續的深入研究探索。

(粉體圈  作者:敬之)



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