使介质温度出现宏观上的升高
可见微波加热是介质材料自身损耗电磁场能量而发热
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6) 电弧加热
在两个电极间加一电压，当电源提供较大功率的电能时， 若极间电压不高 ( 约几十伏 ) ，两极间气体或金属蒸气中可 持续通过较强的电流 ( 几安至几十安 ) ，并发出强烈的光辉， 产生高温(几千至上万度)，这就是电弧放电。 电弧放电最显著的外观特征是明亮的弧光柱和电极斑点。
分子水平的操作。21Βιβλιοθήκη 3727、等离子体加热蒸发法
等离子体的概念及其形成
物质各态变化：
固体→液体→气体→等离子体→反物质（负）+物质（正） （正负电相反，质量相同） 只要使气体中每个粒子的能量超过原子的电离能，电子将 会脱离原子的束缚而成为自由电子，而原子因失去电子成
为带正电的离子（热电子轰击）。这个过程称为电离。当
开始成核：其过程涉及到在含有可溶性的或悬浮盐的水或 非水溶液中的化学反应。液体变得饱和时，沉积就会借助 于均相或异相成核机制而发生。 成核之后：由扩散控制长大，此时溶液的浓度和温度在决 定粒子长大中起重要作用。 满足条件：所有的核必须几乎在同时生成，而且在接下来
的生长过程中必须没有进一步的成核或颗粒团聚。
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8、溅射法
溅射法制备纳米微粒的原理
• 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(40~250 Pa)，两电极间施加的电压范围为0.3~1.5 kV。
由于两电极间的辉光放电使 Ar 离子形 成，在电场的作用下Ar离子冲击阴极靶
材表面 (加热靶材 )，使靶材原子从其表
主要影响因素：反应液浓度、反应温度、溶液pH值、反应 物加到溶液中的顺序等。
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3、固相法制备纳米微粒
纳米微粒固相法合成 是把固相原料通过降低尺寸或重新 组合制备纳米粉体的方法。该法 是通过固相到固相的变 化来制造超微粉体，没有相的变化。 固相物质的微粉化机理可以分为两类： 1) 尺寸降低过程（ size reduction process ）：将外部 能量引入或作用于母体材料，使其结构转变，固相物 质被极细地分裂，但物相没变化。属于此过程的有机 械粉碎（球磨法）、化学处理（溶出法）等。
Fe3O4和Fe-N纳米微晶
纳米微晶的形成和热扩散系数以及扩散长度有关 Fe 在 Si 中就不能制备纳米微晶，这可能由于 Fe 在 Si 中 扩散系数和扩散长度太大的缘故
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6、原子法
50年代，Feynman曾设想“如果有一天能按人的意
志安排一个个原子和分子将会产生什么样的奇迹”？
1982 年 Binnig 等发明了扫描隧道显微镜 (STM) ，以 空前的分辨率为我们揭示了一个“可见”的原子、 分子世界。在 80年代末， STM已发展成为一个可排 布原子的工具。1990年人们首次用 STM进行了原子、
纳米颗粒合成及其生长机理
157692247 任光鹏
生长机理
依制备状态不同而 划分的制备方法 • 1、气相法制备纳米微粒的生长机理 • 2、液相法制备纳米粒子 • 3、固相法制备纳米微粒
1)
蒸发冷凝法
7) 等离子体法
2)
物理气相沉积
非晶晶化法
8) 溅射法
9) 流动液面上真空蒸度法 10) 通电加热蒸发法 11) 爆炸丝法 12) 雾化法
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3、非晶晶化法
原理：先将原料用急冷技术制成非晶薄带或薄膜， 就是把某些金属元素按一定比例高温熔化，然后 将熔化了的合金液体适量连续滴漏到高速转动的
飞轮表面，这些合金液体沿着飞轮表面的切线方
向被甩了出去同时急遽地冷却，成为非晶薄带或 薄膜。然后控制退火条件，如退火时间和退火温 度，使非晶全部或部分晶化，生成的晶粒尺寸可 维持在纳米级。
1) 定义
• 气体冷凝法是在低压的氩、氮等惰性气体中加热金属、合
金或陶瓷，使其蒸发气化，然后与惰性气体碰撞、 冷却、 凝结，最终形成形成超微粒 (1~1000 nm)或纳米微粒 (1~100 nm)的方法。 • 试样蒸发方式：气相法部分已有介绍
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2、物理气相沉积（PVD）
基本原理：在凝聚、沉积的过程中最后得到的材料组分与
液相法的原理是：选择一至几种可溶性金属化合 物配成均相溶液，再通过各种方式使溶质和溶剂 分离（例如，选择合适的沉淀剂或通过水解、蒸 发、升华等过程，将含金属离子的化合物沉淀或 结晶出来），溶质形成形状、大小一定的颗粒， 得到所需粉末的前驱体，加热分解后得到纳米颗
粒的方法。
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液相成核与生长
表面时，一部分入射光反射， 一部分入射光被吸收 ，一旦 表面吸收的激光能量超过蒸 发温度，靶材就会融化蒸发 出大量原子、电子和离子， 从而在靶材表面形成一个等 离子体。等脉冲激光移走后， 等离子体会先膨胀后迅速冷 却，其中的原子在靶对面的 收集器上凝结起来 ，就能获 得所需的薄膜和纳米材料
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足够的原子电离后转变另一物态---等离子态。
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等离子体加热蒸发法制备纳米粒子的原理
• 当高温等离子体以约100～500 m/s的高速到达金属或化
合物原料表面时，可使其熔融并大量迅速地溶解于金属
熔体中，在金属熔体内形成溶解的超饱和区、过饱和区 和饱和区。这些原子、离子或分子与金属熔体对流与扩 散使金属蒸发。同时，原子或离子又重新结合成分子从 金属熔体表面溢出。蒸发出的金属原子蒸气遇到周围的 气体就会被急速冷却或发生反应形成纳米粒子。
电弧放电可分为 3个区域：
– 阴极区、弧柱和阳极区 – 阴极依靠场致电子发射和热电子发射效应发射电子；
– 弧柱依靠其中粒子热运动相互碰撞产生自由电子及正离子， 呈现导电性(热电离)；
– 阳极起收集电子等作用，对电弧过程影响常较小。
根据电弧所处的介质不同分为气中电弧和真空电弧两种。
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2、液相法制备纳米粒子
1、气相法制备纳米微粒的生长机理
• 3) 激光加热： 将具有很高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千 度乃至上万度的高温，此高温几乎可以融化掉所有的材料。 激光能在10-8秒内对任何金属都能产生高密度蒸气，能产生一种 定向的高速蒸气流。
用于纳米材料制备的原理：
• 物理法：当激光照射到靶材
尺寸
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5、离子注入法
用同位素分离器使具有一定能量的离子硬嵌在某一与它固 态不相溶的衬底中，然后加热退火，让它偏析出来。它形 成的纳米微晶在衬底中深度分布和颗粒大小可通过改变注 入离子的能量和剂量，以及退火温度来控制 在一定注入条件下，经一定含量氢气保护的热处理后获 得了在Cu、Ag, Al, SiO2中的a-Fe纳米微晶。 Fe和 O 双注入， Fe 和 N双注入制备出在 SiO2 和 Cu中的
下降，电路接通，当碳棒温度达白热程度
时， Si 板与碳棒相接触的部位熔化。当碳 棒温度高于2473 K时，在它的周围形成了 SiC 超微粒的“烟”，然后将它们收集起 来，即可获得SiC超微粒子
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11、爆炸丝法
基本原理
• 先将金属丝固定在一个充满惰性气体 (5*106 Pa)的反应室中，丝两端
蒸发源或溅射靶的材料组分一致，在气相中没有发生化学
反应，只是物质转移和形态改变的过程 制备过程：在低压的惰性气体中加热金属，形成金属蒸汽。 再将金属蒸汽凝固在冷冻的单晶或多晶底板上，形成纳米 粒子点阵或纳米薄膜 加热金属的方法，气相法部分已有介绍。这里重点介绍两 种：激光束加热PVD和电子束加热（如分子束外延MBE）
的卡头为两个电极，它们与一个大电容相连接形成回路。
加 15kV 的高压，金属丝在 500~800 KA 电流下进行加热，融断后在电流
中断的瞬间，卡头上的高压在融断
处放电，使熔融的金属在放电过程 中进一步加热变成蒸气，在惰性气
体碰撞下形成纳米金属或合金粒子
沉降在容器的底部，金属丝可以通 过一个供丝系统自动进入两卡头之
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4、机械破碎法
是采用高能球磨、超声波或气流粉碎等机械方法，以粉 碎与研磨为主体来实现粉末的纳米化。 其机理主要是产生大量缺陷，位错，发展成交错的位错 墙，将大晶粒切割成纳米晶。
球磨工艺的目的是减小微粒尺寸、固态合金化、混合以
及改变微粒的形状。球磨的动能是它的动能和速度的函 数，致密的材料使用陶瓷球，在连续严重塑性形变中， 位错密度增加，在一定的临界密度下松弛为小角度亚晶 晶格畸变减小，粉末颗粒的内部结构连续地细化到纳米
化学法：利用大功率激光器的激光束照射于反应 物，反应物分子或原子对入射激光光子的强吸收，
在瞬间得到加热、活化，在极短的时间内反应分
子或原子获得化学反应所需要的温度后，迅速完
成反应、成核凝聚、生长等过程，从而制得相应
物质的纳米微粒。
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4) 电子束轰击：
利用静电加速器或电子直线加速器得到高能电子束，在电子透 镜聚焦作用下使电子束聚焦于待蒸发物质表面。受到电子轰击
打开快门、使物质蒸发在旋转的圆盘下
表面上，从圆盘中心流出的油通过圆盘 旋转时的离心力在下表面上形成流动的
油膜，蒸发的原子在油膜中形成了超微
粒子。 含有超微粒子的油被甩进了真空室沿壁
的容器中，然后将这种超微粒含量很低
的油在真空下进行蒸馏，使它成为浓缩
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10、通电加热蒸发法
通电加热蒸发法的原理
2) 构筑过程（ build up process ）：将最小的物质单元 （原子、分子、离子）组合起来、构筑微粒，物质属 性发生变化，如热分解法（大多为盐的分解）、固相 反应法（大多为化合法）等。
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根据是否发生化学反 应而划分的制备方法
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1、低压气体中蒸发法 [气体冷凝法或蒸发冷凝法]
根据是否发生化学反 应而划分的制备方法