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纳米材料制备方法综述摘要：纳米材料由于其特殊性质，近年来受到人们极大的关注。
随着纳米科技的发展，纳米材料的制备方法已日趋成熟。
纳米材料的制备方法按物态一般可归纳为气相法、液相法、固相法。
目前，各国科学家在纳米材料的研究方面已取得了显著的成果。
纳米材料将推动21世纪的信息技术、医学、环境、自动化技术及能源科学的发展, 对生产力的发展产生深远的影响。
关键字：纳米材料，制备，固相法，液相法，气相法近年来，纳米材料作为一种新型的材料得到了人们的广泛关注。
纳米材料是指任意一维的尺度小于100nm的晶体、非晶体、准晶体以及界面层结构的材料，具有表面与界面效应，量子尺寸效应，小尺寸效应和宏观量子隧道效应，因而纳米具有很多奇特的性能，广泛应用于各个领域。
为此，本文综述了纳米材料制备的各种方法并说明其优缺点。
目前纳米材料制备采用的方法按物态可分为：气相法、液相法和固相法。
一、气相法气相法是将高温的蒸汽在冷阱中冷凝或在衬底上沉积和生长低维纳米材料的方法。
气相法主要包括物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD），在某些情况下使用其他热源获得气源，如电阻加热法，高频感应电流加热法，混合等离子加热法，通电加热蒸发法。
1、物理气相沉积（PVD）在PVD过程中没有化学反应产生，其主要过程是固体材料的蒸发和蒸发蒸气的冷凝或沉积。
采用PVD可制备出高质量的纳米材料粉体。
PVD可分为制备出高质量的纳米粉体。
PVD可分为蒸气-冷凝法和溅射法。
1.1蒸气-冷凝法此种制备方法是在低压的Ar、He等惰性气体中加热物质（如金属等），使其蒸发汽化, 然后在气体介质中冷凝后形成5-100 nm的纳米微粒。
通过在纯净的惰性气体中的蒸发和冷凝过程获得较干净的纳米粉体。
此方法制备的颗粒表面清洁，颗粒度整齐，生长条件易于控制，但是粒径分布范围狭窄。
1.2溅射法用两块金属板分别作为阳极和阴极，阴极为蒸发用的材料，在两电极间充入Ar气(40～250Pa)，两电极间施加的电压范围为0.3～1.5kv。
纳米材料与力学联合实验室卢柯，材料科学家，中国科学院院士，第三世界科学院院士，德国科学院院士，1965年出生于甘肃省华池县，1985年毕业于南京理工大学机械系，1988及1990年分别获中国科学院金属研究所硕士、博士学位。
现任中国科学院金属研究所所长、沈阳材料科学国家（联合）实验室主任、博士生导师、九三学社中央委员、全国政协委员，全国青联副主席等职。
近年来，他在新型非平衡材料研究领域中开展研究工作，在纳米金属材料制备科学、结构与性能及热稳定性等方面取得了一系列重要成果，成为目前我国这一新兴材料研究领域的主要学术带头人之一。
近年来获国家自然科学奖三等奖一项，中科院自然科学奖一、二等奖各一项，辽宁省科技进步一等奖一项，在国内外学术刊物上发表论文300余篇，在国际学术会议上做特邀报告38次。
有关论文被SCI引用达4000余次。
国际著名材料科学评论杂志《材料科学与工程评述》特邀他撰写了关于纳米金属材料的长篇综述论文并为其发表了专刊；先后被聘为国际纳米材料委员会委员、《纳米材料》杂志副编辑、《亚稳及纳米材料》杂志、《国际非平衡过程》杂志和《德国金属学报》国际编委，同时也是国际《材料快报》(Scripta Mater.)编辑；《材料研究年度综述》杂志（Annual Review for Materials Research）编委，多次担任国际学术会议主席、分会主席或学术委员。
凭借其在纳米材料领域的杰出贡献，他于1998年被国际亚稳及纳米材料年会授予ISMANAM金质奖章和杰出青年科学家奖，1999年被授予何梁何利基金科学与技术进步奖，2000年被授予第三世界科学院TWNSO技术奖。
2006年初卢柯博士出任美国《科学》(Science)周刊评审编辑，负责审理投往《科学》周刊的材料科学领域方面的论文，他是首位出任该周刊评审编辑的中国科学家。
吕坚，讲座教授, 男, 1961年生，1978年考入北京大学，经由教育部选拔于79年初公派赴法国读大学本科。
卢柯纳米孪晶结构及梯度纳米卢柯纳米孪晶结构和梯度纳米，一听名字就让人觉得有点高深，嗯，是不是觉得离我们普通人有点远？其实呢，说到底，这些高大上的名词背后也不过是一些看得见摸不着的“玩意儿”在细微世界里的秘密。
好像每天早上你起床，穿的衣服就已经跟这些东西有了千丝万缕的联系。
所以啊，今天我们就不把这些东西搞得复杂，咱们用最简单的方式，聊聊这些看似高深，实则和我们息息相关的纳米科技。
咱们说说“卢柯纳米孪晶结构”。
听名字你就能猜出来，它和“孪晶”有关系。
说白了，就是在纳米尺度下，物质的结构变得和我们平时见到的东西完全不同，变得特别微小、细致。
你可以想象一下，把一块普通的石头放大到比你眼睛还小，石头里会有一堆微小的“裂痕”或者“折痕”。
这些小小的“裂缝”，实际上就是晶体的排列方式不同了。
这些微小的变形和分裂，不仅让晶体拥有了不同的物理性质，还让它们变得特别耐用，强度也提高了。
不信你试试，某些材料可以在超级小的尺度下发生神奇的变化——这就是孪晶的魅力所在。
而卢柯这个名字呢，可能大家会觉得不太熟悉。
这位科学家可厉害了！他可是搞纳米材料领域的“大牛”。
他研究的这些纳米孪晶结构，和我们平时用的手机、电脑，甚至高铁的强度，都有着直接的关系。
想想看，现代生活中，手机摔地上还能用，电脑总是能运行得飞快，这背后都有纳米技术的身影。
孪晶结构的加入，使得这些材料更有弹性，能更好地承受压力，从而大大提高了它们的使用寿命。
你说这是不是就像是给你的手机加了个“防摔保护罩”呢？嘿，科技就是这么给力！再聊聊“梯度纳米”这个东西。
嗯，听起来有点复杂，但其实可以通过一个简单的比喻来理解。
大家都知道，山坡上的草从低处往高处长，是不是每个地方的草长得都一样？不，低处的草可能比较嫩，往高处长的草可能比较粗壮。
梯度纳米的原理差不多，简单来说，它就是让材料的结构或者硬度从一端到另一端逐渐变化，像草地的坡度一样，不是均匀的，而是有高低起伏的。
这样一来，材料的性能就会更加均衡，强度和韧性也能得到最大化的提升。
纳米材料的制备摘要：纳米材料是指颗粒尺寸在1～100 nm的超细材料,由于其晶粒小,比表面积大 ,这就使其产生了块状材料所不具有的量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应、介电限域效应等。
表现在纳米体系的光、热、电、磁等性质与常规材料不同,从而在工程材料、磁性材料、催化剂、计算机等方面有着广泛的应用。
在众多的纳米材料的研究与应用中,纳米材料的制备是基础。
本论文从物理制备方法和化学制备方法来阐述纳米材料的一些制备方法，对纳米材料的制备作一些简单的介绍。
相信随着科学研究的不断深入,会有更好更多的新制备方法出现,以满足人们的需要,纳米材料的应用会越来越广泛。
关键词: 纳米材料；球磨法；气体冷凝法；溅射法；化学沉淀法；溶胶—凝胶法纳米材料一般指尺寸从1nm到100nm之间 ,处于原子团族和宏观物体交接区域内的粒子。
纳米材料具有宏观材料所不具有的特殊性质，即所谓的表面效应、小尺寸效应、量子效应和宏观量子隧道效应等。
纳米材料包括纳米粉体、纳米纤维、纳米块体、纳米复合材料和纳米结构材料等，它们的制备方法有的相同，有的不相同，有的原理上相同，但工艺上有显著的差异。
纳米材料的制备方法很多，目前尚无科学的分类方法。
如果按照反应类型分可分为物理方法和化学方法；如果根据反应介质可分为固相法、液相法及气相法；如果按反应物状态可分为干法和湿法等。
分类方法不同，研究问题的侧重点就不同。
为了更明了地阐述纳米材料制备过程的物理和化学机理，本论文按照物理方法和化学方法的分类来阐述纳米材料的一些制备方法。
[1]1、物理法制备纳米材料1.1 球磨法球磨法是利用介质和物料之间的相互研磨和冲击使物料粒子粉碎。
球磨法最早用于制备氧化物分散增强的超合金，目前，此技术已扩展到生产各种非平衡结构，包括纳米晶、非晶和准晶材料。
现应用于不同目的的球磨方法包括振动磨、搅拌磨、胶体磨、纳米气流粉碎气流磨等。
球磨法工艺示意图如图1所示。
在一个密封的容器内掺有直径约50μm粒子的粉体，其中有许多硬钢球或包覆碳化钨的球。
卢柯院士课题组发现梯度纳米金属的高强塑性
谌立新
【期刊名称】《功能材料信息》
【年(卷),期】2011(008)002
【摘要】据报道，中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室卢柯研究组在提高纳米金属的塑性和韧性方面取得重要突破，研究组发现，梯度纳米（GNG）金属铜既具有极高的屈服强度又具有很高的拉伸塑性变形能力。
【总页数】1页(P43-43)
【作者】谌立新
【作者单位】不详
【正文语种】中文
【中图分类】TB383
【相关文献】
1.梯度纳米金属兼具高强度高塑性 [J],
2.纳米材料世界的领跑者——记中国科学院院士卢柯 [J], 梁辑
3.卢柯院士当选美国工程院外籍院士 [J], 科学网; 《吉林日报》; 中国工程院
4.让中国的纳米技术扬名世界——小记中国科学院院士卢柯 [J], 梁辑
5.纳米材料世界的领跑者——记中国科学院院士卢柯 [J], 梁辑
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关于卢柯课题组纳米材料的综述摘要：本文对卢柯教授所在的纳米材料研究团队的主要成员、研究方向、所获奖项及研究成果等方面进行了总结。
卢柯教授所在的纳米材料研究团队的研究方向之一为金属纳米材料的制备与加工，微观结构的表征，力学性能，物理性能，热稳定性，以及相变。
关键词：卢克课题组、微观结构表征、力学性能、物理性能、热稳定性、相变1、引言卢柯教授所在的纳米研究团队的研究方向是金属纳米材料的制备与加工，微观结构的表征，力学性能，物理性能，热稳定性，以及相变。
卢柯，生于1965年5月，九三学社社员。
原籍河南汲县，生于甘肃华池。
研究生学历，工学博士学位，著名材料科学专家，中国科学院院士，中国科学院金属研究所原所长、研究员，上海交通大学材料科学与工程学院院长。
主要从事金属纳米材料及亚稳材料等研究。
获国家专利6项，国际专利1项；多次在国际会议上作特邀报告；国际《材料科学与工程评论杂志》特邀为其撰写长篇综述论文并发表了专刊。
在国际重要学术刊物上发表论文150余篇；2010年在Nature上发表了一篇关于金属的未来的一篇文章；并且在science上也发表了多篇文章，2003年，《科学》上发表了卢柯等人的一项最新科研成果：将铁表层的晶粒细化到纳米尺度，其氮化温度显著降低，从而为氮化处理更多种材料和器件提供了可能。
这是卢柯科研小组取得的又一个突破性进展，被评为 2003 年中国十大科技进展之一。
2004年，在《科学》杂志上发表了采用纳米尺寸的生长孪晶强化金属的新途径获得了同时具有超高强度和高导电性的铜。
而按照以往的经验，对铜进行强化以后，会使其导电率有所下降。
这一成果的创新性在于，把难以统一在一起的性能统一在了一起。
2013年又在《科学》杂志上发表了在金属中发现超硬超高稳定性新型纳米层片结构。
他杰出的研究工作已经使他获得了无数的奖项。
其中包括：2013年入选“万人计划”杰出人才。
2011年荣获德国洪堡研究奖（Humboldt Research Award）；获国际亚稳及纳米材料年会金质奖章和青年科学家奖；第三世界科学院技术奖；国家自然科学奖三等奖；中国科学院自然科学奖一等奖、二等奖；中国科学院青年科技奖；全国劳动模范和先进工作者；何梁何利基金技术科学奖；香港求是基金会杰出青年学者奖等荣誉。
身为中科院金属所所长的卢柯把他的工作描述成：我是个班长，领着团队在做事。
卢柯认为，现在是中国各个领域发展的最好时期，也给材料学的研究创造了最好的机会。
中国工业化的进程对材料学科提出了许多严峻的、亟待解决的问题。
面临资源减少、原材料价格上涨、环境污染等问题，如果不发展更先进的材料，中国工业化的成本将是惊人地巨大。
能不能拿出更新的技术，少消耗资源，少消耗能源，少污染环境？能不能做出环境友好的材料，研制出少产生或不产生二氧化碳的能源，来保护我们的环境？能不能研制出高质量、低成本的加工技术？能不能研制出更先进的材料制造我们自己的火星探测器，制造我们自己的航天飞机？卢柯和他的团队任重道远[1]。
该团队在其研究领域取得了巨大的成就，在Natures和Science上发表了多篇文章。
发展了一种制备无微孔隙和界面污染金属纳米材料的新方法—非晶完全晶化法，系统研究了金属纳米材料的结构性能关系及结构稳定性，揭示了纳米材料的本质结构特征和性能，发现了纳米金属铜在室温下具有超塑延展性。
深入研究了非晶态合金的晶化微观机制和纳米晶体的熔化行为及过热机制，建立了过热晶体熔化的动力学极限理论，并获得了金属纳米薄膜的稳定过热。
发展了利用表面机械变形处理实现金属材料表面纳米化的新技术，并大幅度降低了铁的表面氮化温度。
本文主要介绍了该团队在金属纳米材料的微观结构表征、力学性能、物理性能等的研究工作及发表的文章的部分内容。
2、金属纳米材料有关成果2.1 在金属中发现超硬超高稳定性新型纳米层片结构对金属材料进行严重塑性变形可显著细化其微观组织，使晶粒细化至亚微米（0.1~1微米）尺度从而大幅度提高其强度。
但进一步塑性变形时晶粒不再细化，材料微观结构趋于稳态达到极限晶粒尺寸，形成三维等轴状超细晶结构，绝大多数晶界为大角晶界。
出现这种极限晶粒尺寸的原因是位错增殖主导的晶粒细化与晶界迁移主导的晶粒粗化相平衡，其实质是超细晶结构的稳定性随晶粒尺寸减小而降低所致。
如何突破这一晶粒尺寸极限，进一步细化微观组织，在继续提高金属材料强度的同时提高其结构稳定性，是当今纳米金属材料研究面临的一个重大科学难题。
中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家（联合）实验室卢柯研究组在这一科学难题研究上取得重大突破，他们利用自行研发的新型塑性变形技术（表面机械碾磨处理）在金属镍表层成功突破了这一晶粒尺寸极限，获得纳米级厚度并具有小角晶界的层片结构，同时发现这种纳米层片结构兼具超高硬度和热稳定性,如图1所示。
这种新型超硬超高稳定性金属纳米结构突破了传统金属材料的强度-稳定性倒置关系，为开发新一代高综合性能纳米金属材料开辟了新途径。
研究表明，塑性变形过程中提高变形速率和变形梯度可有效提高位错增殖及储存位错密度，从而促进晶粒细化进程。
为此，卢柯研究组利用表面机械碾磨处理在金属纯镍棒表层实现了高速剪切塑性变形，这种塑性变形可在材料最表层同时获得大应变量、高应变速率和高应变梯度。
随着距表面深度增加，应变量、应变速率和应变梯度呈梯度降低，形成呈梯度分布的微观结构。
在距离表面10~50微米深度形成了具有小角晶界的纳米层片结构，层片平均厚度约为20nm，比纯镍中的变形晶粒尺寸极限小一个数量级，其硬度高达 6.4GPa，远远超过其他变形方式细化的纯镍硬度。
测量表明，纳米层片结构的结构粗化温度高达506℃，比同成分材料超细晶结构晶粒粗化温度高40℃。
纳米尺度的层片厚度是超高硬度的本质原因，而高热稳定性源于其中的平直小角晶界和强变形织构。
这种新型超硬超高稳定性金属纳米结构有望在工程材料中得到应用以提供其耐磨性和疲劳性能。
[2]2.2 孪晶促进强度和塑性的同时提高如果两个相邻晶体(或同一晶体的两个部分)之间沿一个公共晶面形成镜面对称的位向关系,那么这两个晶体就互称为孪晶,公共晶面即为孪晶界面。
一般说来,孪晶界面可以通过阻碍位错运动使材料得到一定程度的强化。
但是,微米或亚微米尺度的孪晶,其强化效果并不显著,只有当孪晶片层细化至纳米量级时才开始表现出显著的强化效果和其他的特性。
纳米孪晶结构能够显著提高材料的强度而不损失其塑性与韧性，在脉冲电解沉积制备的纳米孪晶铜中,随孪晶片层厚度减小,材料屈服强度的增加趋势与纳米晶体铜中强度随晶粒尺寸的变化趋势一致,均遵从Hall一Petch关系，当孪晶片层厚度减至15nm时,材料强度达到极大值,随后强度逐渐下降,并出现软化现象。
然而,随孪晶厚度减小,纳米孪晶铜的拉伸塑性，断裂韧性和加工硬化能力均单调增加,且表现出超高加工硬化能力"这提供了一种使强度与塑性/韧性同步提高的新途径,而传统的强化机理通常表现为强度一塑性/韧性的倒置关系。
纳米孪晶材料的高强度、高塑性和高加工硬化能力均源于位错与高密度孪晶界面的有效交互作用，塑性变形时,随孪晶片层减小,孪晶内部可塞积位错数量减少,位错穿过孪晶界所需外力提高(强化材料)，同时,位错与孪晶界反应在孪晶界上形成大量位错(可动或不可动)并在孪晶界上滑移、塞积、增殖,从而实现加工硬化,协调塑性变形(韧化材料),有效提高其综合力学性能[3]。
纳米孪晶铜中极值强度的出现是由于随孪晶片层减小,塑性变形机制从位错/孪晶界相互作用主导转变为由孪晶界处位错的形核和运动主导所致，这种纳米孪晶结构独特变形机理导致的综合力学性能提高，在本质上有异于晶界强化。
另外,常用的强化方式往往在提高材料强度的同时会造成其导电性能明显下降。
然而,在纯铜中引人纳米尺度孪晶界后,其强度可提高一个数量级,但对导电性的影响却很小，这种高强度高导电性的结合源于孪晶界的电阻比普通晶界的电阻低近一个数量级,大量孪晶界的存在对电子的散射极小。
同时,纳米孪晶结构还能降低电致原子迁移速率,导致的原子沿晶界输运降低了一个数量级[4]。
孪晶是金属材料中的常见结构,但如何制备出高密度纳米尺度的孪晶结构却并非易事。
目前纳米尺度孪晶结构可通过电解沉积、磁控溅射沉积、塑性变形或退火再结晶等制备技术在多种纯金属和合金中获得。
如何发展纳米孪晶金属的制备方法和工艺,以及如何将纳米孪晶强化技术应用于更广泛的工程材料等方面依然面临挑战。
2.3 纳米孪晶促进强度和塑性的同时提高梯度材料是指材料的组成结构和性能在厚度或长度方向连续或准连续变化,即材料的组成和结构从材料的某一方位以1维、2维或者3维向另一方位连续地变化,使材料的性能和功能也呈现出梯度变化的一种新型材料。
结构梯度材料常常在自然界生物结构中看到,例如竹子、植物茎杆和动物骨骼,这些材料中最强的结构往往位于承受应力最大的地方。
材料科学家从自然界这些材料的结构特点获得启发,开始有目的地设计梯度结构金属材料。
与均匀结构相比,梯度结构材料能够更有效地抵御材料的失效。
利用纳米材料强度高,在金属材料表层形成纳米尺度晶粒,并随距表面距离的增加,晶粒尺寸梯度增加,形成所谓的梯度纳米结构(Gradientnano一grained,GNG)金属材料,将明显提高整体材料的摩擦磨损、疲劳和腐蚀等性能,从而延长材料的使用寿命或满足特殊环境的使用要求。
通过自主发展的表面机械碾压处理(SMGT)技术,在多种纯金属及工程材料中成功制备出梯度纳米结构,自表及里晶粒尺寸由十几纳米梯度增大至微米尺度,材料芯部的晶粒尺寸为几十微米的粗晶结构,这种梯度纳米结构的厚度可达数百微米。
SMGT技术制备的梯度材料纳米晶与粗晶基体结构梯度的过渡,有效避免了纳米材料与基体剥离的问题,从而为研究纳米材料拉伸实验本征力学性能提供了理想材料。
研究结果表明梯度纳米结构铜及不锈钢拉伸屈服强度都有大幅度提高,而拉伸延伸率并无明显下降。
纳米梯度铜室温拉伸实验显示,具有梯度纳米结构的表层在拉伸真应变高达100%时仍保持完整,未出现裂纹,表明其拉伸塑性变形能力优于粗晶铜[5-6]。
这种优异的塑性变形能力源于梯度纳米结构独特的变形机制。
微观结构研究表明,梯度纳米结构铜在拉伸过程中,其主导变形机制为机械驱动的晶界迁移,从而导致伴随的晶粒长大。
梯度纳米结构铜及不锈钢表层硬度明显增加,使材料摩擦磨损性能显著提高,并可抑制裂纹的萌生。
梯度纳米材料不但推动了纳米金属材料本征力学性能的研究和认识,也为纳米金属材料的工业应用开辟了一条新途径。
2.4 孪生界面具有优良的疲劳抗力据统计,机械设备的各种断裂事故中,大约80%是属于疲劳破坏,而这些疲劳破坏主要起源于材料在交变载荷下,内部萌生裂纹和随后的扩展过程。
大量研究表明,晶界是强化金属多晶体材料的重要界面,而它又是容易萌生疲劳裂纹的有利位置。
