液相法制备纳米微粒定义
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液相法制备纳米颗粒的机制液相法是在液体状态下通过化学反应制备纳米材料方法的总称,又称为湿化学法或溶液法。
纳米材料的液相制备方法分为:沉淀法、溶胶-凝胶(Sol-Gel)法、水热法、化学还原法、化学热分解法、微乳液法、声化学法、电化学法和水中放电法等9种。
用液相化学法合成纳米颗粒能够较好地控制颗粒大小、形状和粒径分布。
为了充分利用化学法的优点,需要充分了解这种方法制备纳米颗粒的形成机制,这涉及到:晶体化学、热力学、相平衡以及反应动力学的基本原理。
从液相中生成固相颗粒,要经过成核、生长、凝结、团聚等过程。
1 液相中生成固相颗粒的机理1.1 成核为了从液相中析出大小均匀一致的固相颗粒,必须使成核和长大这两个过程分开,以便使已成核的晶核同步地长大,并在生长过程中不再有新核形成。
在纳米颗粒形成的最初阶段,都需要有新相的核心形成。
新相的形核过程可以被分为两种类型,即自发形核与非自发形核过程。
所谓自发形核指的是整个形核过程完全是在相变自由能的推过下进行的,而非自发形核则指的是除了有相变自由能作推动力之外,还有其他的因素起到了帮助新相核心生成的作用。
图1 析出固体时液相中溶质浓度随时间的变化情况如图1所示,在整个成核和生长过程中液相内与析出物相应的物质的量浓度是变化的。
在阶段Ⅰ浓度尚未达到成核所要求的最低过饱和浓度*min c ,因此无晶核形成。
当液相中溶液浓度超过*min c 后即进入成核阶段Ⅱ。
作为自发形核的例子,我们考虑一个从过饱和溶液中析出一个球形的固相核心的过程。
设新相核心的半径为r ,因而形成一个新相核心时体自由能将变化343C r G π∆,其中C G ∆为从溶液中析出单位体积晶核时伴随的自由能变化。
0ln C Tc G V c κ∆=- (1-1)上式还可以写成:()ln 1C TG s V κ∆=-+ (1-2)其中,c 为过饱和溶液的浓度;0c 为饱和溶液的浓度;V 晶体中单个分子所占的体积;()00s c c c =-是液相的过饱和度。
液相制备纳米材料的原理、方法、形成机理和结构液相法实在液体状态下通过化学反应制取纳米材料方法的总称,又称为湿化学法或溶液法。
现在,有各种各样的制备方法,文献中无公认一致的分类方法,相反还有些凌乱。
为清晰醒目,特点明显,便于理解。
这里将液相材料的纳米制备方法分为:沉淀法、溶胶-凝胶(sol-gel)法、水热法、化学还原法、化学热分解法、微乳胶法、声化学法、电化学法和水中放电法等中。
3.1 沉淀法3.1.1 共沉淀和分步沉淀不论溶液中有一种还是几种离子,都能够同时生成沉淀的反应,就是共沉淀。
一般沉淀法的工艺流程可表示为图3.1所示。
分步沉淀则是反应中有多种可能的沉淀物,依次一个个地进行沉淀,称之为分步沉淀。
Raming等人就用了共沉淀和分步沉淀两种方法制备了掺Y的四方Zr+Fe3O4纳米粉末。
在共沉淀中,他们将ZrOCl2.8H2O和YCl3与FeCl3.6H2O的混合溶液,缓慢的加入到剧烈搅拌含有质量分数为25%、PH值约为14的氨水中,产生出的金属与氢氧化物混合的直接沉淀物。
在分步沉淀法中,他们用了两种不同的步骤。
第一种是先沉淀三氧化二铁,再沉淀氧化锆,简写成SPHZ;第二种则倒过来,先沉淀氧化锆,再沉淀氧化铁,简写成SPZH。
第一种具体操作是,将八水氯酸锆和YCl3的水溶液加到碱性的悬浮着氧化铁粒子的溶液中,因此是先沉淀氧化铁,再沉淀氧化锆。
第二种分步沉淀则是将六水氯化铁水溶液加到悬浮有氧化锆粉末粒子的碱性溶液中,因此是先沉淀氧化锆,再沉淀氧化铁。
这两种分步沉淀中,都是在剧烈搅拌中,将酸性的金属离子加入到碱性的氨水中,在悬浮液中导致金属氢氧化物的爆炸式成核。
经水洗后,在100℃下干燥成胶状,再在500-700℃温度内煅烧2h,以得到完全的晶体物质。
3.1.2 均匀沉淀无论是在CP还是在SP中,由于沉淀剂在金属溶液中的加入,哪怕是沉淀剂加入量很少,并不断的搅拌,在局部溶液中的沉淀剂浓度都可以变得很高,于是这些地方就首先沉淀,使沉淀变得不均匀,必须在溶液中消除不均匀的沉淀,而使整个溶液中均匀的生成沉淀。
德方纳米液相法
德方纳米液相法又称为德方纳米粉散形成法,是一种新型的化学合成方法。
它利用凝胶微球对溶液中的物质进行包覆和加工,从而获得纳米级物质。
此方法主要涉及到两个步骤。
首先,在该方法中,将溶液放入一个供水处理器,然后在其中添加化合物,从而产生所需的纳米材料。
接下来,该混合物需要通过旋转薄膜脱水机来去除多余的水分。
该机器将溶液转换为液态,并将其分散成许多细小的凝胶微球。
利用凝胶微球的优良性质,可以在制备纳米材料的同时,控制其晶体结构和形状等性质,从而实现产品性能的精密调控。
德方纳米液相法在生物医学、能源材料、化学制品等领域中有着广泛的应用前景。
例如,使用该方法可以制备出具有优良过滤性能和超疏水性能的纳米材料,用于水处理和废水治理等领域。
此外,还可以制备出具有高效催化、电化学性能等的纳米材料,可应用于新能源领域。
德方纳米液相法在制备纳米材料方面拥有很强的优势。
因为它可以控制材料的晶体结构、形状等特征,从而能够以更低成本、更高效的方式生产高品质的纳米材料。
此外,它还可以实现环保性,由于其过程中的溶解性材料是可再生且不易受到化学物质的污染。
总之,德方纳米液相法是一种很有前途的新型合成方法,其应用广泛,可制备出高品质的纳米材料。
此法的优点在于生产效率高、成本低,且效果技术上也非常显著,将是未来纳米领域内的一大发展方向。
纳米材料——微乳液法制备纳米微粒微乳液法的概述:微乳液法是利用两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成均匀的乳液,从乳液中析出固相从而制备出一定粒径的纳米粉体。
但相对于细乳液和普通乳液而言的,微乳液颗粒直径约为l0~lOOnm,细乳液颗粒直径约为lO0~400nm,普通乳液颗粒直径一般在几百纳米到上千纳米。
一般情况下,将两种互补相溶的液体在表面活性剂作用下所形成的热力学稳定、各项同性、外观透明或半透明、粒径l~lOOnm 的分散体系称为微乳液。
相应的把制备微乳液的技术称为微乳化技术(MET)。
1982年Boutonmt首先报道了应用微乳液制备出了纳米颗粒:用水合肼或者氢气还原在w/0型微乳液水合中的贵金属盐,得到了分散的Pt、Pd、Ru、Ir 金属颗粒(3~40nm)。
从此以后,微乳液理论的研究获得了飞速发展,尤其是2O世纪9O年代以来,微乳液应用研究更快,在许多领域如3次采油、污水治理、萃取分离、催化、食品、生物医药、化妆品、材料制备、化学反应介质,涂料等领域均具有潜在的应用前景。
微乳液法是一种简单易行而又具有智能化特点的新方法,是目前研究的热点。
运用微乳液法制备纳米粉体是一个非常重要的领域。
运用微乳液法制备的纳米颗粒主要有以下几类。
:(1)金属,如Pt、Pd、Rh、Ir、Au、Ag、Cu等;(2)硫化物CdS、PbS、CuS等;(3)Ni、Co、Fe等与B的化合物;(4)氯化物AgC1、AuC1 等;(5)碱土金属碳酸盐,如CaCO3、BaCO3、Sr—CO3;(6)氧化物Eu2O 、Fe2O。
、Bi2O 及氢氧化物如Al(0H)3 等。
1 微乳反应器原理在微乳体系中,用来制备纳米粒子的一般都是W/O型体系,该体系一般由有机溶剂、水溶液、活性剂,助表面活性剂4个组分组成。
常用的有机溶剂多为C6~C8直链烃或环烷烃;表面活性剂一般为A0T(2一乙基己基磺基琥珀酸钠)、SDS(十二烷基硫酸钠)阴离子表面活性剂、SDBS(十六烷基磺酸钠)阴离子表面活性剂、CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)阳离子表面活性剂、TritonX(聚氧乙烯醚类)非离子表面活性剂等;助表面活性剂一般为中等碳链C5~C8的脂肪酸。