5.1.7 激光诱导化学气相沉积


激光制备纳米粒子装 置一般有两种类型： 正交装置和平行装置。 其中正交装置使用方 便，易于控制，工程 使用价值大 。
5.1.8 爆炸丝(explosive filament)法


这种方法适用于工业 上连续生产纳米金属、 合金和金属氧化物纳 米粉体。 氧化物可在反应室中 充入少量氧气或对纳 米金属粉进行水热氧 化.
溅射法的优点



（1）可制备多种纳米金属粒子，包括高熔点 和低熔点金属。常规的热蒸发法只能适用于低 熔点金属； （2）能制备多组元的化合物（合金和氧化物） 纳米微粒，如Al52Ti48，Cu91Mn9及ZrO2等； （3）通过加大被溅射的阴极表面可提高纳米 微粒的产量。
5.1.4 流动液面上真空蒸镀法
5.1 气相法制备纳米微粒


5.1.2活性氢-熔融金属反应法
制备方法：含有氢气的等离子体与金属间产生电弧， 使金属熔融，电离的N2, Ar等气体（惰性气体）和H2溶 入熔融金属，然后释放出来，在气体中形成了金属的 超微粒子，用离心收集器，过滤式收集器使微粒与气 体分离而获得纳米微粒。 优点：超微粒的生成量随等离子气体中的氢气浓度增 加而上升。
5.1.7 激光诱导化学气相沉积

基本原理: 利用反应气体分子(或光敏剂 分子)对特定波长激光束的吸收，引起反 应气体分子的激光光解（紫外光解或红 外光解）、激光热解、激光光敏化和激 光诱导化学反应合成，在一定工艺条件 下（激光功率密度、反应池压力、反应 气体配比和流速、反应温度等），获得 超细粒子的空间成核和生长。


激光的特点和优点: 各种不同功率和波长 的激光器均已商品化. 激光作为加热源, 具 有功率高,定向快速, 加热和冷却速率很高, 瞬间可以完成反应的 优点.



LICVD-Laser Induced Chemical Vapor Deposition 优点：粒子表面清洁、 粒径大小精确可控、 无粘结、粒度分布均 匀 可制备出粒径为几纳 米到几十纳米的非晶 态或晶态纳米颗粒。
5.1.6 混合等离子法



等离子蒸发法 使大颗粒金属和气体流入 等离子室生成金属超微粒子。 反应性等离子蒸发法 使大颗粒金属和 气体流入等离子室，同时通入反应性气 体，生成化合物超微粒子。 等离子CVD法 使化合物随载气流入等离 子室，同时通入反应性气体，生成化合 物超微粒子。
5.1.7 激光诱导化学气相沉积
5.1.7 激光诱导化学气相沉积


硅烷分子很容易按下 式热解 SiH4Si(g)+2H2





典型生长过程包括如下5 个过程： 反应体向粒子表面的输 运过程； 在粒子表面的沉积过程； 化学反应（或凝聚）形 成固体过程； 其它气相反应产物的沉 积过程； 气相反应产物通过粒子 表面输运过程。
第五章 纳米颗粒的制备


制备方法分为以下三大类
气相法 液相法 高能球磨法(也可以认为是固相法）
5.1 气相法制备纳米微粒


5.1.1低压气体中蒸发法 （气体冷凝法） 制备方法：在低压的氩、 氮等惰性气体中加热金属， 使其蒸发后形成超微粒 （1-1000nm）或纳米微粒。 加热源：（1）电阻加热法； （2）等离子喷射法；（3） 高频感应法；（4）电子束 法；（5）激光法。



（1）可制备Ag, Au, Pd, Cu,Fe,Ni,Co,Al,In 等超 微粒，平均粒径约3nm， 而用惰性气体蒸发法很 难获得尺寸这样小的微 粒； （2）粒径均匀，分布窄； （3）填加表面活性剂减 小超微粒子的团聚，均 匀地分布在油中； （4）粒径的尺寸可控
5.1.5 通电加热蒸发法
5.1.1低压气体蒸发法
在高真空达到0.1Pa后，充入惰性气 体低压达到2kPa。加入欲蒸发的物质置于 坩埚内，加热蒸发产生烟雾。由于惰性气 体的对流使烟雾向上移动，在接近充液氮 的冷却棒（77K），最后得到超微粒物质。
纳米微粒粒径的控制


通过调节惰性气体压 力，蒸发物质的分压， 惰性气体的温度来调 节粒径的大小。 随蒸发速率或原物质 蒸汽压力的增加，粒 径变大。
5.1.7 激光诱导化学气相沉积

粒子生长速率可用下式表示 这里[SiH4]是指SiH4分子浓度，KR为反 应速率常数；SiH4为Langmuir沉积系 数，VSi为分子体积。
dV (VSi K R SiH 4 SiH 4 ) /(1 SiH 4 SiH 4 ) dt


SiC 超 微 粒 的 产 量 随 电流的增大而增加。 产率为0.5g/min 该方法可以制备Cr， Ti，V，Zr，Hf，Mo， Nb ， Ta 和 W 等 碳 化 物超微粒子。
5.1.6 混合等离子(mixed plasma)法



特点： （1）超微粒子的纯 度很高； （2）物质可以充分 加热和反应； （3）可使用非惰性 的气体（反应性气 体）
5.1.9 化学气相凝聚法(CVC)

原理是利用高纯惰性气 体作为载气，携带金属 有机先驱物，例如六甲 基二硅烷等，进入钼丝 炉炉温为1100~1400 ℃， 气氛的压力保持在 100~1000Pa的低压状态， 在此环境下，原料热解 形成团簇，进而凝聚成 纳米粒子，最后附着在 内部充满液氮的转动衬 底上，经刮刀刮下进入 纳米粉收集器。
5.1.7 激光诱导化学气相沉积

当反应体100%转换时，最终粒子直径为
6 C0 M d N

1/ 3
这里C0 为硅烷初始浓度；N单位体积成核数， M为硅分子量，为生成物密度。 最终d﹤10nm且纯度很高。
5.1.7 激光诱导化学气相沉积
采用不同的原料气, 经化学反应可合成不 同的纳米粒子, 反应式如下： 3SiH4(g)+4NH3(g)Si3N4(s)+12H2(g) SiH4(g)+CH4(g) SiC(s)+4H2(g) 2SiH4(g)+C2H4(g) 2SiC(s)+6H2(g) 式中：g为气态；s为固态。
两种方法比较


CVC 热解发生在炉管内外, 且部分粒子会沉积到 炉管上. 粒径分布不太均匀.


CF-CVC 热解发生在燃烧器外, 且由于火焰的高度均 匀,每个粒子基本都 经历了相同的温度和 时间. 粒径分布很窄.

5.1 气相法制备ttering)
制备方法：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 （ 40250Pa），两电极间施加的 电压范围为0.3-1.5KV。由 于两电极间的辉光放电形 成了Ar正电离子，在电场 的作用下Ar离子冲击阴极 靶材表面，使靶材原子从 其表面蒸发出来形成超微 粒子 。
5.1.9 燃烧火焰化学气相凝聚 法(CF-CVC)

当含有金属有机先驱物 蒸气的载气与可燃性气 体的混合气体均匀地流 过喷气嘴时，产生均匀 的平面燃烧火焰，火焰 由C2H2 ，CH4 或H2 在 O2 中燃烧所致。反应室的 压 力 保 持 100~500Pa 的 低压。金属有机先驱物 经火焰加热在燃烧器的 外面热解形成纳米粒子， 附着在转动的冷阱上， 经刮刀刮下收集。