高能球磨法及其在纳米晶磁性材料制备中的应用 ( 一)

磁性纳米粒子的制备及应用探究磁性纳米粒子是一种呈现出磁性行为的纳米级颗粒，其尺寸在10纳米以下。

由于其特殊的物理、化学和生物性质，磁性纳米粒子在医学、环境、能源等领域的应用被普遍关注。

本文将从磁性纳米粒子制备和应用两个方面进行探究。

一、磁性纳米粒子的制备目前，磁性纳米粒子的制备方法主要可以分为物理方法和化学方法两种。

物理方法是通过高能球磨、气相沉积等手段来制备磁性纳米粒子。

虽然制备的纳米粒子尺寸准确，但成本高、生产效率低，因此更多的工作，是通过化学方法制备。

化学方法的主要工序是固相法、溶胶凝胶法和共沉淀法。

其中，溶胶凝胶法是一种被广泛使用的制备方法。

它是通过水解和聚合反应制备纳米粒子，一般先通过溶解金属离子，在加入还原剂、稳定剂等，最后加热得到产品。

二、磁性纳米粒子的应用由于其小尺寸、大比表面积、超级磁性以及生物相容性等特性，使得磁性纳米粒子在许多领域具有广泛的应用价值。

1. 生物医学领域磁性纳米粒子在医学体内定向运输、药物控制释放和磁共振成像等方面具有巨大的潜力。

比如，在癌症治疗中，通过载药磁性纳米粒子进行磁性靶向治疗，有效降低了药物过量使用的副作用。

2. 环境领域磁性纳米粒子可应用于水质净化、重金属污染物检测及废水处理等生态环境领域。

其通过特定表面改性达到对污染物高效吸附和分离的效果，因此成为能够商业化推广的环保清洁技术之一。

3. 能源领域磁性纳米粒子在能源领域中应用主要是在太阳能电池、镍氢电池和储能器中载荷催化剂等方面。

通过表面改性交联等方式，实现转化效率的提升和储存效率提高。

结语：总之，磁性纳米粒子在生物医药、环境领域和能源领域等方面，具有巨大的应用前景，尤其是在药物输送及控制释放等方面的特点十分突出，是一种短期内发展速度十分迅猛的新型功能材料。

尽管学术界对磁性纳米粒子的制备和应用已经有了较多的研究，但永远不要止步于此，我们希望通过新的材料设计、性能模拟和应用开发等领域的开发为其创新和应用提供新的发展。

高能球磨法研究进展高能球磨法研究进展摘要：复合材料的性能与应用和其合成所用的粉体密切相关，合成粉体的方式是提高材料特性的重要途径。

高能球磨法相比于传统方法，有着反应温度低、产量大和粉体粒径分布均匀等优点，使得其在合成粉体中有重要作用。

本文综述了高能球磨法（机械力化学法）在合成粉体方面的具体原理、影响因素和当前研究进展，并进一步展望这种方法在未来的发展前景。

关键字：高能球磨、机械力化学、粉体合成、纳米制备传统上，新物质的生成、晶型转化或晶格变形都是通过高温（热能) 或化学变化来实现的。

按照反应体系的状态，目前合成超细功能粉体的方法可分为固相法、液相法和气相法；若根据合成原理则可分为物理法和化学法。

这些方法在粉体合成方面得到了广泛的应用，但也发现存在着各自的不足。

例如，物理法可制得粒径易控的超细粒子，但所需设备昂贵；化学法成本低，条件简单，易于通过过程控制和调整粒子大小，但适用范围窄，流程长，收率低，无法工业化生产[1]。

高能球磨(high-energy ball milling)又被称为机械力化学(mechanochemistry)，是将物理法和化学法结合，其基本原理是晶体物质通过超细磨的过程中，机械力的作用可以启动其化学活性，使得通常需要在高温下进行反应能在较低的温度下进行。

因此，高能球磨法可以合成一般化学方法和加热方法所不能得到的具有特殊的超细粉体。

这种独特的性质让这种粉体制备方法制备出特殊的超细粉体，使复合材料的合成工艺水平大大提高。

因此，本文综述了高能球磨法的最新发展并展望了其在未来的发展趋势。

1. 高能球磨法的原理与特点高能球磨法是通过球磨机的转动或振动使硬球对原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，能明显降低反应活化能、细化晶粒、增强粉体活性、提高烧结能力、诱发低温化学反应,最终把金属或合金粉末粉碎为纳米级微粒的方法。

其主要原理分为以下几个步骤：(1)晶粒细化通过球磨过程以及反复碰撞和碾碎，使得放入的原始粉末逐渐变小直到纳米级别，随后粉末原子中表面产生一系列的键断裂，晶格产生缺陷，然后缺陷不断扩大化，在球磨罐中形成了一系列随时间增多的无序。

高能球磨制备Cu-Cr纳米晶粉末史昆玉;沈涛;陈春浩;薛丽红;严有为【摘要】采用高能球磨法制备Cu-50％Cr(质量分数)纳米晶复合粉末.利用X射线衍射(XRD)、差示扫描量热法(DSC)、扫描电镜(SEM)、能谱分析(EDS)以及透射电镜(TEM)等方法,研究球磨时间和过程控制剂(PCA)对复合粉末的晶粒尺寸、微观组织与形貌的影响,采用热力学模型对该体系的固溶度进行计算和分析.结果表明:当PCA含量为0时,晶粒的细化效果最好,但产率较低；当PCA的添加量过多,晶粒的细化效果不明显;在本实验条件下,PCA的最佳质量分数添加量为5％.随球磨时间的延长,晶粒逐渐细化,晶格畸变先增大后减小；经60 h球磨,可获得Cu和Cr两相均匀分布的复合粉末,其平均晶粒尺寸为10 nm左右,Cr在Cu中的固溶度显著提高,热力学计算结果表明其固溶度为7％(质量分数).【期刊名称】《粉末冶金材料科学与工程》【年(卷),期】2013(018)004【总页数】7页(P532-538)【关键词】Cu-Cr合金;高能球磨;纳米晶材料;固溶度【作者】史昆玉;沈涛;陈春浩;薛丽红;严有为【作者单位】华中科技大学材料成形及模具技术国家重点实验室,武汉430074;华中科技大学材料成形及模具技术国家重点实验室,武汉430074;华中科技大学材料成形及模具技术国家重点实验室,武汉430074;华中科技大学材料成形及模具技术国家重点实验室,武汉430074;华中科技大学材料成形及模具技术国家重点实验室,武汉430074【正文语种】中文【中图分类】TG146.1;TF123.71Cu-Cr合金触头具有耐电压高、分断容量大、电弧烧损率低、吸气能力强及寿命长等综合优点，目前已成为各国公认的最佳中压真空断路器的触头材料[1−2]。

但随着真空断路器向着高电压、大容量、小型化方向发展，对Cu-Cr触头材料的耐压强度、开断电流能力、抗熔焊性能、截流值等性能的要求越来越高。

表面活性剂辅助球磨工艺在纳米稀土永磁材料制备中的应用摘要：利用表面活性剂辅助球磨工艺制备纳米稀土永磁材料，不但可以获得更佳的粒度分布，还可以使材料的矫顽力和各向异性性能得到显著提升，因此有巨大的应用潜力。

本文从表面活性剂辅助球磨工艺在纳米稀土永磁材料制备中的发展历程出发，对该项技术的研究现状、典型应用和发展前景进行了详细说明。

关键词：表面活性剂；高能球磨；纳米稀土永磁材料；矫顽力；各向异性1 引言稀土永磁材料是一种在能源、机械、电子、化工等领域广泛应用的高性能功能材料，多数采用粉末冶金工艺生产，粉料的精磨是该工艺的核心环节，传统的方法是在惰性气体保护下以有机液体为介质进行球磨或者采用气流磨。

表面活性剂在球磨工艺尤其是在以机械合金化为目的的高能球磨工艺中的作用早已被人们重视，在永磁材料的制备方面，日本也早在制备高性能永磁铁氧体行业中采用过表面活性剂辅助球磨工艺，具体是在多级循环细磨过程中使用油酸做表面活性剂以减少颗粒之间的磁凝聚，但对于纳米稀土永磁材料的制备，表面活性剂辅助球磨工艺被重视和使用的时间还比较短。

2 研究历程和现状一般认为，是2006年，由V. M. Chakka等人首先开展并奠定了表面活性剂辅助球磨工艺在纳米稀土永磁材料制备中的研究基础。

该小组在表面活性剂和有机溶剂介质条件下使用球磨法成功制备了粒径更加细小且粒度分布更窄的FeCo、SmCo和NdFeB系纳米稀土永磁材料，其后基于矫顽力和各向异性机理而不断展开各种研究。

Nilay G. Akdogan等人用庚烷做球磨介质，用油酸做表面活性剂，高能球磨制备了矫顽力大幅提升的各向异性Sm-（Co，Fe）和PrCo5系纳米颗粒后，又采用两级球磨制备了Nd2Fe14B，即先在不添加表面活性剂的情况下球磨，再在添加表面活性剂的情况下球磨，通过控制球磨时间来调节形状粒度，分别得到矫顽力为4k0e的方形纳米颗粒和矫顽力为2.5k0e的球形颗粒。

Cui B.Z等人使用辅助球磨工艺在无需后续退火处理的情况下一步制备各向异性SmCo5纳米片，并研究了表面活性剂OA（油酸）的用量对纳米结构的影响，主要是团聚和分散性，其后又与LY Zheng等人继续研究了油胺、三辛胺、油酸等不同表面活性剂对SmCo5纳米片的结构和形貌的影响，认为油胺和油酸在纳米片形成过程中作用相似。

实验五 高能球磨法制备纳米材料实验目的1.了解高能球磨法制备纳米材料的原理。

2.熟练掌握用高能球磨法制备纳米材料的工艺过程。

仪器、药品和材料仪器：球磨机、5L 刚玉球磨罐、托盘天平、100mL 量筒、布氏漏斗和吸滤瓶、真空泵、250mL 烧杯10只、电热恒温干燥箱、研钵药品：聚丙烯酸铵（PMAA-NH 4，分散剂，分析纯）、氨水（分析纯）材料：325目氧化铝粉、刚玉研磨球(5mm ，10mm ，15mm)、pH 试纸、滤纸实验原理用外部机械力的作用，即通过研磨球、研磨罐和颗粒的频繁碰撞，颗粒在球磨过程中被反复地挤压、变形、断裂、焊合。

随着球磨过程的延续，颗粒表面的缺陷密度增加，晶粒逐渐细化。

为保证球磨的高效率，要求浆料粘度较低，故应添加分散剂及控制浆料的pH 值。

根据胶体化学DLVO 理论，在等电点附近位能势垒小，颗粒易沉降。

调节pH 值使其远离等电点，Zeta 电位绝对值增大，排斥能增大，有利于颗粒在液相中分散，使粘度减小。

实验内容一、配料采用湿磨的方法，这样既可以增加粉末粘附于研磨球的机率，又可以减少对球磨机的磨损。

称取1000g 氧化铝粉放入球磨罐中，加入900g 水，1500g 研磨球（其中大中小球质量比约1∶1∶2）。

加入10mL 分散剂，滴加氨水，使浆料pH 值在9～10。

二、球磨过程总球磨时间为50小时，每隔5小时取出50～100mL 浆料，留待分析。

三、后处理将各份样品分别抽滤，放入电热恒温干燥箱中，在80℃恒温烘干48小时，研磨。

四、晶粒大小的测定用X 射线衍射的方法研究晶粒大小与球磨时间的关系。

计算晶粒尺寸的基本公式如下：其中：θ——衍射角度（弧度）λ——入射线的波长（nm ）L ——粒度（nm ）β——半高宽（弧度）=峰面积/峰高K ——形状系数球形取1.00，其他取0.89θβλcos K L =思考题1.为什么要调节浆料的pH值在9～10？2.试解释晶粒的尺寸分布与球磨时间之间的关系。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201710475266.5(22)申请日 2017.06.21(71)申请人 北京大学地址 100871 北京市海淀区颐和园路5号(72)发明人 李彪　夏定国　(74)专利代理机构 北京万象新悦知识产权代理有限公司 11360代理人 李稚婷(51)Int.Cl.B22F 9/04(2006.01)B22F 9/20(2006.01)B82Y 40/00(2011.01)(54)发明名称一种高能球磨还原法制备金属纳米材料的方法(57)摘要本发明公开了一种高能球磨还原法制备金属纳米材料的方法，属于无机纳米材料技术领域。

将金属氧化物与还原剂混合均匀后，置于球磨罐中，并以惰性气体保护，通过高能球磨使其充分反应，最终得到晶粒均匀，粒径为3-10nm左右的金属纳米颗粒。

该方法工艺流程简单，原料常见，成本低廉，适合用于工业化生产，有望推动金属纳米材料的广泛应用。

权利要求书1页 说明书3页 附图1页CN 109093124 A 2018.12.28C N 109093124A1.一种制备金属纳米材料的方法，包括以下步骤：1)在惰性气体的保护下，将金属氧化物、还原剂与球磨球混匀并置入球磨罐中，在行星球磨机上以一定转速球磨一定时间；2)将球磨得到的混合物冲洗过滤数次，洗净混合物中过量的还原剂和反应生成的除金属外的其他产物，即可得到金属纳米材料。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述金属氧化物中的金属为下列元素中的一种或多种：Au ,Ag ,Pt ,Ru ,Ir ,Pd ,Os ,Re ,Fe ,Co ,Ni和Cu。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤1)中所述还原剂为下列化合物中的一种或多种：Li 2S、Na 2S、(NH 4)2S、Li 2S x 、Na 2S x 、Li 2Se、Na 2Se、Li 2SO 3、Na 2SO 3、K 2SO 3、(NH 4)2SO 3、NaHSO 3、KHSO 3、(NH 4)HSO 3、Na 2S 2O 3、K 2S 2O 3、(NH 4)2S 2O 3、NaHS、NaH 2PO 2·H 2O和Na 2HPO 3·5H 2O，其中1<x<6。

磁性纳米材料的制备及其应用探究磁性纳米材料是一种具有特殊性质的纳米材料，具有广泛的应用前景。

本文将从磁性纳米材料的制备到应用进行探究。

一、磁性纳米材料的制备方法纳米材料是指晶粒尺寸在1～100纳米的材料，具有独特的物理和化学性质。

磁性纳米材料是指具有磁性的纳米材料。

磁性纳米材料的制备方法主要有以下几种。

1.溶胶凝胶法：将适量的金属离子添加到有机或无机溶液中，生成溶胶。

通过加热或溶剂蒸发使溶胶凝胶化，得到固体凝胶。

将固体凝胶进行烧结，制备出具有磁性的纳米粉末。

2.化学共沉淀法：将适量的金属离子混合，加入沉淀剂，进行共沉淀。

将共沉淀产物进行洗涤、干燥、烧结，制备出具有磁性的纳米粉末。

3.机械球磨法：将原材料加入球磨罐内，经过高速摩擦削切，制备出具有磁性的纳米粉末。

以上三种方法都能制备出磁性纳米材料，但每种方法都有其适用性和限制性。

因此，在制备磁性纳米材料时，需要选择合适的方法。

二、磁性纳米材料的应用磁性纳米材料具有独特的磁性和表面效应，具有广泛的应用前景。

以下为磁性纳米材料的几个应用领域。

1.生物医学领域：磁性纳米材料在生物医学领域中得到了广泛应用。

例如用于磁性共振成像（MRI）对患者进行检查，用于癌症的诊断和治疗，用于药物的传输和释放等。

2.环境治理领域：磁性纳米材料可以用于水处理、空气净化、土壤修复等方面。

例如可以用于去除含有重金属的水中的重金属离子，可以用于治理空气中的VOCs 等。

3.能源领域：磁性纳米材料在能源领域中也有应用。

例如可以用于制备高性能的磁性材料，可以用于制备高密度的磁存储器，可以用于制备高效的充电器等。

4.化学领域：磁性纳米材料可以用于催化剂的制备、分离技术、电子器件的制备等领域。

例如可以用于制备高效的氧化催化剂，可以用于制备高精度的纳米线等。

以上只是磁性纳米材料应用领域的一部分，随着科学技术的进步，磁性纳米材料的应用前景将变得越来越广泛。

结语：本文从磁性纳米材料的制备到应用进行探究。

纳米晶磁环规格1. 引言纳米晶磁环是一种具有特殊结构和性能的磁性材料，它在现代科技中扮演着重要的角色。

本文将探讨纳米晶磁环的规格，包括其定义、制备方法、物理性质以及应用领域等方面。

2. 定义纳米晶磁环是由纳米晶粒组成的环状磁性材料。

纳米晶是一种晶粒尺寸在纳米级别的材料，具有优异的磁性能和热稳定性。

磁环是指具有环形结构的材料，其磁性能在环的内外表面上形成封闭的磁通。

3. 制备方法纳米晶磁环的制备方法多种多样，常见的包括溶胶-凝胶法、高能球磨法、熔融法和物理气相沉积法等。

其中，溶胶-凝胶法是一种常用的制备方法，通过溶胶的凝胶化和热处理过程，可以得到具有均匀纳米晶尺寸的磁环材料。

3.1 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种将溶胶转化为凝胶的方法。

首先，选择适当的溶剂和溶液中的金属盐，形成均匀的溶胶溶液。

然后，通过加热和脱水处理，使溶胶逐渐凝胶化成为固体凝胶。

最后，通过热处理，将凝胶转化为纳米晶磁环材料。

3.2 高能球磨法高能球磨法是一种通过高能球磨机对粉末进行机械处理的方法。

在高能球磨机中，通过高速旋转的球体对粉末进行撞击和摩擦，使粉末颗粒逐渐减小并形成纳米晶。

经过一定时间的球磨，可以得到具有一定尺寸和形状的纳米晶磁环材料。

3.3 熔融法熔融法是一种通过将金属材料加热至熔点并迅速冷却的方法。

在熔融状态下，金属原子可以自由移动并形成纳米晶结构。

通过控制冷却速度和熔融温度，可以制备出具有不同尺寸和形状的纳米晶磁环材料。

3.4 物理气相沉积法物理气相沉积法是一种通过将金属蒸汽沉积在基底上形成纳米晶膜的方法。

在高真空环境中，通过加热金属源使其蒸发，并使金属蒸汽沉积在基底上形成纳米晶。

通过控制沉积时间和温度，可以得到具有一定尺寸和形状的纳米晶磁环材料。

4. 物理性质纳米晶磁环具有许多优异的物理性质，使其在多个领域有广泛的应用。

4.1 磁性能纳米晶磁环具有高饱和磁感应强度和低矫顽力的特点。

由于其纳米晶结构的存在，磁畴壁的移动受到限制，导致磁化过程中的磁滞损耗降低。

磁性纳米球的制备及其应用研究随着科学技术的不断发展，纳米技术成为人们关注的热点。

在纳米材料中，磁性纳米球因其优异的磁性能和广泛的应用前景而备受关注。

本文将介绍磁性纳米球的制备方法和应用研究。

一、磁性纳米球的制备方法1. 溶剂热法这是一种常见的制备磁性纳米球的方法。

通过在溶液中加入金属离子和有机物，再用高温高压条件下生成磁性纳米球。

成功制备的磁性纳米球具有较高的结晶度和磁性能。

但是，这种方法的操作较为复杂，需要控制多个参数，且需要高温高压条件，难以进行大规模制备。

2. 热分解法热分解法也是一种常见的制备磁性纳米球的方法。

通过在溶液中加入金属离子和有机物，再在高温下进行氧化还原反应，形成磁性纳米球。

这种方法需要对制备条件进行严格的控制，否则难以获得高质量的纳米球。

3. 反相微乳液法反相微乳液法是一种简单易行的制备磁性纳米球的方法。

通过溶液中的表面活性剂和油相的共溶性，形成微乳液，并且在油相中加入金属离子和还原剂，形成磁性纳米球。

这种方法操作简单，可进行连续大规模制备，但是需要精确控制反应条件，否则难以得到高质量的磁性纳米球。

二、磁性纳米球的应用研究1. 磁性材料磁性纳米球由于其特殊的尺寸效应和表面效应，具有优异的磁性能。

可以用于制备各种磁性材料，如磁性液体、磁性颗粒、磁性粉末等。

这些材料在磁记录、磁性控制和磁性成像等方面具有广泛的应用前景。

2. 生命科学磁性纳米球可以作为生物医学领域中的标记物，用于医学成像和诊断。

通过表面修饰，将磁性纳米球与生物分子（如抗体、肽、核糖核酸等）结合起来，可以实现对生物分子的高效定位和标记。

这些标记物在生物学研究和药物发现中具有重要的作用。

3. 环境治理磁性纳米球可以应用于水污染治理，通过表面修饰将纳米球与污染物有选择地结合起来，实现对水中有害物质的高效清除。

这种方法操作简单，对环境无污染，具有广泛的应用前景。

三、结语随着磁性纳米球的制备技术和应用研究的不断深入，人们对其性能和应用的研究也越来越多。