纳米化学考研复习笔记(8)

本站小编 免费考研网/2016-08-07


分子束的产生:将制备表面的物质放入若干喷射源的坩埚内,加热使物质熔化(升华),产生相应的分子束。
特点:(1)能够制出其他方法难以制备的大面积的单晶薄膜(2)外延膜纯度高(3)可精确控制单分子层厚度的薄膜生长,生成原子级平整的表面(4)可任意改变膜的组成和掺杂(5)成长温度低、扩散效应小(6)生长缓慢。
2.3.2纳米薄膜的化学制备方法
化学气相沉积法
类似于制备纳米颗粒,不同的是不用催化剂,而用喷头。
溶胶—凝胶法
浆制备的溶胶—凝胶通过浸渍法、旋涂法、层液法附着在基体表面,再通过干燥和烧结制成纳米薄膜的方法。
电沉积法
电沉积法:利用电解制备薄膜的方法,电解液可以是水溶液、非水溶液或熔融盐,沉积过程可以是阴极电沉积和阳极电沉积。例如:电镀就是水溶液中的阴极电沉积。
特点:(1)沉积温度低,无热应力;(2)可在形状复杂的表面形成均匀的膜;(3)可大面积镀膜;(4)通过控制电解条件,能精确控制膜的厚度和成分等;(5)设备简单、成本低、效率高;(6)只能制出性能不高的多晶态或非晶态的薄膜,难以制出理想的、组成复杂的薄膜。
2.4三维纳米材料的制备方法
三维纳米材料
又称为纳米固体材料,是纳米颗粒为结构单元形成的块状纳米材料,制备方法分为有纳米颗粒制备和直接制备两类。
制备方法
纳米颗粒转化法:先制出纳米颗粒,然后通过压制、烧结等过程制成纳米块状材料的方法。压制需要高压、烧结必须控制好温度。
非晶晶化法:直接将非晶块状材料通过晶化过程制备出纳米相的块状材料的方法。
原理:非晶态在热力学上属于亚稳态结构,在一定条件下可转变为非晶态结构。通过控制工艺条件来控制晶化过程动力学,可获得纳米晶析出相,制出纳米晶/非纳米晶复合块状纳米材料。
方法:热致晶化(退火)、电致晶化和机械晶化等。
2.5纳米复合材料的制备方法
纳米复合材料及其分类
纳米复合材料:是有两种或两种以上成分、相态或性质不同的材料复合而成,且其中至少有一相为纳米相的固体材料。
纳米复合材料的分类:主要有0—0,0—2,和0—3型3种类型的纳米复合材料。
0—0复合材料:由不同成分、不同相或不同种类的纳米颗粒复合而成的固体材料。其复合体的纳米颗粒可以是金属—金属、金属—陶瓷,金属—高分子,陶瓷—陶瓷,陶瓷—高分子。
0—2复合材料:指的是把零维的纳米粒子分散到二维的薄膜材料中所形成的复合材料。
0—3复合材料:是把零维的纳米粒子分散到常规的三维固体中所形成的复合材料。例如把某一纳米粒子分散到三维的金属、合金、陶瓷或高分子材料中所形成的复合材料。其中纳米颗粒为分散相,三维固体为连续相。
其他分类:无机—无机,无机—有机和有机—有机复合材料。
纳米复合材料的性能
结构纳米复合材料:具有高强度、高韧性、高比强度、高比模量、抗蠕变、抗疲劳性好、高温性能好、断裂安全性高等特性。
功能纳米复合材料:具有特定的电学性能(如导电、超导、半导、压电、绝缘等)、磁学性能(如水磁、软磁、磁致伸缩等)、热学性能(如绝热、导热、低膨胀系数等)、光学性能(如透光、选择吸收、光致变色)、声学性能(如吸音、消声纳等)。
智能纳米复合材料:具有自检测、自判断、自恢复、自修复、自协调和执行功能。
无机纳米复合材料的制备
共混烧结法:将几种纳米颗粒(或晶须)机械混合后,再通过烧结制成纳米复合材料的方法。
溶胶—凝胶法:(1)先将2种或多种物质制成溶胶,然后通过陈化、加热、脱水或其他方法生成凝胶,再经过干燥和烧结制成0—0复合纳米材料。(2)先将一种组分制成溶胶然后加入另一种的纳米相(纳米颗粒、纳米丝或溶胶),再制成凝胶,进而制成纳米复合材料。
高能球磨法:将几种脆性固体颗粒通过高能球磨机生成纳米级混合固体颗粒,再通过烧结制成纳米复合材料:金属—金属、金属—陶瓷和陶瓷—陶瓷。
气相沉积法:先制成纳米相(纳米颗粒或纳米丝)、然后将基体物质(连续相)气化后沉积在纳米相表面,再通过烧结制成纳米复合材料。
有机—无机纳米复合材料的制备
有机—无机纳米复合材料
分类:(1)无机纳米粒子(或纳米丝)分散到有机基体中
     (2)无机纳米材料中添加纳米级的有机物
有机相:塑料、纤维、橡胶等高分子材料
无机相:金属、氧化物、陶瓷、半导体等
共混法:将聚合物基体通过特定处理与纳米相共混,使纳米相分散到基体中生成有机—无机纳米复合材料,为防止团聚,共混前需要对纳米粒子进行表面修饰,主要方法有:
溶液共混法:将聚合物(或单体)溶解于适当溶剂中,然后加入纳米粒子,搅拌均匀后,浇注到模具中,除去溶剂(或使单体聚合)生成复合材料。
熔融共混法:利用双辊混炼设备或单/双螺杆挤出机等加工设备,将纳米颗粒与聚合物在粘流温度以上进行熔融共混制成纳米复合材料的方法。
差层复合法
插层法:将高聚物插入层状无机物层间,形成有机/无机插层型复合材料的方法。
原理:层状结构的无机物(如硅酸盐、磷酸盐、石墨、类水滑石等)的层间有可交换的阳离子(如Na+、Ca2+、Mg2+等),他们能与金属离子、阳离子表面活性剂、阳离子染料等进行离子交换,形成插层复合材料。插层后,层间距增大,使无机盐性质发生变化,如表面由亲水转变为亲油,利用插层技术可引入能与聚合物发生反应的官能团,提高两相粘结性和相容性,降低表面能,有利于单体或聚合物的插入来制备聚合物基纳米复合材料。
插入方法:除离子交换外还有可通过酸碱所用、氧化还原作用和配位作用实现插入。
溶胶—凝胶法
利用既可溶解聚合物又能使无机物生成溶胶的共溶剂,通过溶胶、凝胶、除去溶剂,则可制成聚合物的纳米复合材料。常用的共溶剂有:四氢呋喃、二甲氧基乙烷、有机酸、乙酸乙酯、醇类、N,N—二甲基乙酰胺等,常用的高聚物基质材料有:聚乙烯醇、聚乙烯乙酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等。

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