• Ⅱ．醇盐水解法 • 金属醇盐与水反应生成氧化物、氢氧化物、水 合物的沉淀，氧化物可直接干燥，氢氧化物、 水合物时需要煅烧。 • 以合成BaTiO3为例： • 初始原料是Ba的醇盐和Ti的醇盐。 • 测定好钡醇盐、钛醇盐的浓度之后，按Ba：Ti=1：1的 形式将两种金属醇盐混合，再进行二小时左右的环 流，然后向这种溶液之中逐步加入蒸馏水，一面搅拌 一面进行水解，水解之后就生成白色结晶性BaTiO3超 微粉沉淀。
• c．等离子激活化学气相沉积法 （ PCVD ） ， 又 称 内 部 等 离 子 体 氧 化 法 （IPO） • PCVD法，是目前唯一利用复相化学反应 制备玻璃预制件的气相技术。
• 亦即，该方法是采用2.45GHz的微波谐振腔激活非 等温等离子体，获得高温而触发气体反应。所形 成的产物直接沉积在石英管上。 • 利用微波腔产生的非等温等离子体沿着石英管移 动来控制卤化物的氧化反应。（非等温等离子体 系指电子温度远高于离子温度的等离子体）。
• 若为溶液，反应在液体中进行，能做到在分子水 平上的混合；是一种适合于微粒制备的方法。 • 若为气体，与液体区别在于原子密度极小， 未被用于反应的空间很多，故微粉的成核困 难。但也在分子水平上混合，可用于合成微 粒。
• ①．沉淀法
• Ⅰ．共沉淀法 • 使混溶于某溶液中的所有离子完全沉淀的方法—— 反应在液体中进行，通过化学反应合成微粒。溶液 中金属离子沉淀生成条件不同，所以不可避免存在 分别沉淀倾向，本质上讲共沉淀法还是分别沉淀， 其沉淀物是一种混合物。。
• ④ ．冻结干燥法 • 适合于制造活性高反应性强的物质。 • 首先制备含有金属离子的溶液，再将制 备好的溶液再雾化成为微小液滴的同时 急速冻结，使之固化，冻结液滴经升华 将水全部汽化，做成溶质无水盐，然后 在低温下煅烧就能合成微粒粉末。
• ⑤ ．激光合成法 • 靠激光引起气体及液体的化学反应，合 成微粉。该法可制造超纯微粉，合成条 件易控制。 • 总之，用化学法制得的超细金属颗粒，品种 有限，然而生产能力较高、成本较低。 • 采用物理法能制取较大多数金属的超细颗 粒，但生产效率较低、成本较高。
• Ⅴ．通电加热蒸发法 • 将棒状的碳电极压在块状的Si（蒸发材 料）上，通上电流。是制备优秀的陶瓷 新材料SiC的超微颗粒的一种方法。 • Ⅵ．混合等离子体法 • 以射频等离子体为主要加热源，并将直 流等离子体和射频等离子体组合，由此 形成的混合等离子体加热方式。
• 2．化学制备工艺 • 若反应物质状态为固态，由于固体中的原子位置是固定 的，若进行化学反应则涉及固相反应的一般特点（高 温、扩散），并由于在高温下接触部位所发生的反应， 必然引起反应物之间的扩散凝聚，导致颗粒粗大化，所 以反应物质为固态并不适合于微粒制备。
• 一维材料中最重要的是光导纤维。 • 薄膜的发展也很快，特别是电子技术的 发展，需要各种类型的薄膜材料。 • 如金刚石薄膜、高温超导薄膜、半导体 薄膜。
• 一、超微颗粒的制备（纳米颗粒） • 按制备工艺不同，分物理制备工艺和化 学制备工艺。 • 1．物理制备工艺 • 按所要制备的超微颗粒的粒径范围，可以 选择各种适当的物理制备方法，该方法可 以大致分为两种：粉碎法和构筑法。
• b．气相轴向沉积法（VAD），又称轴向火焰 水解法（AFD） • 与OVD法相似，都采用火焰水解原理，即卤化 物在氢氧焰高温下，直接水解形成掺杂石英玻 璃细粉，形成多孔预制件，然后通氯气脱水并 烧结成透明的光纤预制棒。 • 氢氧焰中生成的玻璃细粉，沉积在旋转的模棒 上形成多孔预制件并随棒往上提起，上移的速 率应保持其生长界面与火焰之间的距离不变。 如此这种多孔预制件（直径约5厘米）便可沿 轴向连续生长。
• 二、一维材料制备（主要介绍光纤制备） • 光导玻璃纤维是一种能够导光、传象的玻璃纤维， 又称光纤。它具有传光效率高、集光能力强、信息 量大、速度快、频率高、抗干扰、耐腐蚀、可弯 曲、保密性好、资源丰富、成本低等一系列优点， 发展十分迅速。 • 通讯光纤主要使用的是石英玻璃纤维。 • 非通讯光纤指具有导光、传象、敏感、放大及能量 传输等功能的光纤。
• 光学纤维分类： • 按折射率分布：阶跃折射率型 梯度折射率 型 • 传输模数：能传输多种形式的光纤称为多模 光纤 • 阶跃型光纤，当特征频率＜2.405时，能传 输基模称为单模光纤。
• 1．光导纤维的制备工艺 • 光纤预制棒（ Φ10-20mm）→拉丝（ Φ 125μm）玻璃纤维→装套 • ①．气相技术 • 原理：将液态的SiCl4和其他卤化物气化， 并在一定的条件进行化学反应而生成掺杂 石英玻璃。
• 表征纤维光学元件特性的主要参量： • 数值孔径（N·A）：度量纤维的集光本 领，纤维光学元件有较大数值孔径，集 光本领好。
• 衰减：光在纤维中传播时强度的损耗称 为衰减。以每公里的长度上的衰减分贝 数来衡量db/km • 分辨本领：是可以分辨的二目标的象之 间的最小距离，常用单位长度内所含这 个距离的数目及以每毫米所含线数目来 表示。
• 将得到的沉淀物进行热处理，得到的化合 物微粉，如BaTiO3微粉，先得到 BaTiO(C2O4)2·4H2O沉淀物，然后煅烧，得到 碳酸钡和二氧化钛之后，再通过他们之间 的固相反应合成BaTiO3（450℃）
在煅烧过程中产生很多中间产物，中间产物之间的热稳定 性有差别，所合成的微粉就不均匀了。
• 超微颗粒有很大的比表面积和比表面能，如 颗粒5nm，作成块状材料时，每原子则 占50%左右，由于比表面能大，所以超微粒 子的熔点低，烧结温度下降，扩散速度快， 强度高而塑性下降慢。 • 由于颗粒的细小，电子态由连续能带变为不 连续，光吸收等发生异常现象，可以成为高 效微波吸收材料。 • 利用其比表面积的大幅度提高，超微细粉可 以成为高效催化剂。
光纤的构造（均为玻璃材料）： 芯子（n1）+包层（n2） 折射率 n1＞n2
• 当入射角= 面，全部被反射。
sin
−1
⎛ n1 ⎞ ⎜ ⎟ ⎜ n，光线就不全透过界 ⎟ ⎝ 2⎠
• 光波（波长为λ），场强分布是周期性重复， 波峰与波谷，峰与峰间隔λx，θ=λ/λx=0、 1、2……，得到场强的波峰数目为1、2、 3……，按顺序称呼这些传输的模式为零模、 一次模、二次模……高次模
§2.5低维材料的制备
• 低维材料就是指超微粒子（0维）、纤维 （一维）、薄膜（二维）材料，这是近 年来发展最快的材料领域 • 超微颗粒的粒径大约在1～100nm，当物体 被逐步微细化到这么大时，颗粒单位质量 的表面积比原来的块状固体要大得多，在 性能上出现与原固体完全不同的行为，成 为“物质的新状态”。
• ②．水解法 • 化合物（金属盐）水解生成沉淀方法，产 物是氢氧化物或水化物。 • Ⅰ．无机盐水解法 • 以TiO2 微粉为例，是通过钛盐溶液的水解使之 沉淀的合成方法如下： • 首先在59℃、1mmHg的条件下，将化学纯TiCl4 进行蒸馏精制之后，添加12mol/L的HCl，使溶 液中TiCl4 浓度为1mol/L，将溶液通过0.22nm孔 径的微孔过滤器，除去杂质，得到TiCl4溶液； 将此溶液于高温下，在含[SO4]2- 状态下，经过 几天乃至几周的长时间的水解，合成球状的单 分散形态TiO2微粉。
• Ⅲ．溅射法 • 将两块金属板平放在Ar气中，在两极板 间加上几百伏的直流电压，使之产生辉 光放电，辉光放电中的离子撞击在阴极 的蒸发材料靶上，靶材的原子就会由其 表面蒸发出来。
• 也可在更高压力空间中使用溅射法。 • 若将蒸发材料靶作成几种元素的组合，可制备 复合材料的超微颗粒。 • 生成的超微颗粒其平均粒径可控制在10～ 40nm，粒度分布窄。
• ①．粉碎法 • 以大块固体为出发原料，将块状物质粉 碎。常用的是磨碎，即将粉碎细了的颗 粒表面相互摩擦而由其表面产生微粉的 方法。 • 主要是通过媒介物质的搅拌研磨或将粗 粉混入气流中，以强大的压缩力和摩擦 力来进行表面的磨碎。
• 但机械粉碎或磨碎的方法所能达到的粒径下限 大部分都在3μm附近，即所谓“3μm极限”。 • 另外，投入原料的性质也很重要，如吸收 氧气而脆化的金属。 • 存在问题是：微细化工序中易混入杂质， 易污染环境。
• 优缺点： • Ⅰ．可得到高纯玻璃。
• Ⅱ．但是玻璃的组成及种类受到了限制，限制了 掺杂剂种类，（因对折射率掺杂剂应采用其蒸汽 压与相近的气态或液态物质。）
• Ⅰ．光纤预制棒方法 • a．外沉法（OVD）又称径向火焰水解法 （RFH） • 原理：将卤化物在氢氧焰高温下，发生高 温水解反应，生成亚微米级的石英玻璃细 粉，并放出盐酸气体，其反应如下，产生 的石英微粉，在旋转的成型棒上沿轴向逐 层沉淀，形成多孔的预制棒。
制备方法： • 气体中蒸发法 • 活化氢-熔融金属反应法 • 溅射法 • 流动油面上真空沉积法（VEROS法） • 通电加热蒸发法 • 混合等离子体法
• Ⅰ．气体中蒸发法——真空沉积装置
• 预先将蒸发原料安放在钨质的加热用载物台上，将蒸 发室抽真空5×103 Pa后导入Ar气或He气等惰性气体， 使压力达到适合于蒸发的条件。 • 然后将蒸发用的钨质载物台加热到比蒸发原料的熔点 更高的温度（约为200—300℃）时，钨质载物台周围 开始冒烟，烟雾中就含有超微颗粒，超微颗粒粘附于 内壁温度比较低的地方（接近于室温），蒸发完了之 后，打开蒸发室，可以用毛刷将超微颗粒从内壁刷 下，收集起来。 • 一般蒸发4～5min，只能得到数十毫克的超微颗粒， 粒径小于0.1μm（100nm）。
• 该方法粒径分布窄，纯度高、表面洁 净、保存性好，但生产效率较低.
• Ⅱ．活化氢——熔融金属反应法 • 因混入等离子体中的氢气浓度增加会使超 微颗粒的生成量增多，所以由电弧等离子 活化了的氢饱和溶解于熔融金属中并发生 反应，然后使熔融金属强制蒸发-凝聚，此 法能制得各种金属的超微颗粒（0.02～ 0.1μm ），生产效率高，耗电少。
• 为避免分别沉淀化倾向，可提高沉淀剂氢氧 化 钠 或 氨 水 溶 液 的 浓 度 ， 再导入金属盐溶 液，进行激烈的搅拌。 • 弥补共沉淀法的缺点并在原子反应上实现成 分原子的均匀混合方法之一是化合物沉淀法