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納米材料：指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍（1～100 nm）或由它們作為基本單元構成的材料。 與常規材料相比, 納米材料表現出一些物理效應和奇特的物理特性。制備技術是納米科技的關鍵。影響納米材料的微觀結構和宏觀性能。通過不同的制備技術可以得到納米顆粒材料、納米膜材料、納米固體材料等等。
納米材料的制備途經
從小到大: 原子®團簇®納米顆粒
從小到大: 原子®團簇®納米顆粒
納米材料的制備要求
– 大小、尺寸可控(一般小于 100 nm)
– 組成成分可控（元素組成成分）
– 形貌可控（外形）
– 晶型可控（晶體結構, 超晶格）
– 表面物理和化學特性可控（表面狀態）
– (表面改性和表面包覆)
納米微粒的常用制備方法：
• 氣相法
1.氣體冷凝法，2.活性氫—熔融金屬反應法，3.濺射法， 4.流動液面上真空蒸鍍法， 5.通電加熱蒸發法 ， 6.混合等離子法， 7.激光誘導化學氣相沉積（LICVD）， 8.爆炸絲法 ，9.化學氣相凝聚法（CVC）和燃燒火焰化學氣相凝聚法（CFCVC）
• 液相法
1.沉淀法 ， 2.噴霧法 ，3.水熱法（高溫水解法）， 4.溶劑揮發分解法， 5.溶膠--凝膠法（膠體化學法）， 6.輻射化學合成法 ，7.微乳液法
• 固相法
1.鹽類熱分解，2.球磨法- 機械合金法
納米材料的氣相制備方法
氣體冷凝法
• 此種制備方法是在低壓的Ar、He等惰性氣體中加熱金屬，使其蒸發汽化, 然后在氣體介質中冷凝后形成納米微粒。通過在純凈的惰性氣體中的蒸發和冷凝過程獲得較干凈的納米粉體。
• 加熱源有以下幾種：(i)電阻加熱法；(ii)等離子噴射法；(iii)高頻感應法；(iv)電子束法；(v)激光法。
一、氣相法制備納米顆粒
1、蒸發-冷凝法
此種制備方法是在低壓的Ar、He等惰性氣體中加熱金屬，使其蒸發汽化, 然后在氣體介質中冷凝后形成5-100 nm的納米微粒。通過在純凈的惰性氣體中的蒸發和冷凝過程獲得較干凈的納米粉體。
下圖為該方法的典型裝置
1）電阻加熱法:
將欲蒸發的物質(如金屬、CaF2、NaCl、FeF2等離子化合物、過渡金屬氮化物及氧化物等)置于坩堝內．通過鎢電阻加熱器或石墨加熱器等加熱裝置逐漸加熱蒸發，產生源物質煙霧，由惰性氣體的對流，煙霧向上移動，并接近充液氮的冷卻棒(冷阱, 77K)。在蒸發過程中，由源物質發出的原子與惰性氣體原子碰撞因迅速損失能量而冷卻，這種有效的冷卻過程在源物質蒸汽中造成很高的局域過飽和，這將導致均勻成核過程。
因此，在接近冷卻棒的過程中，源物質蒸汽首先形成原子簇．然后形成單個納米微粒。最后在冷卻棒表面上積聚起來，用聚四氟乙烯刮刀刮下并收集起來獲得納米粉。
特點:加熱方式簡單,工作溫度受坩堝材料的限制,還可能與坩堝反應。所以一般用來制備Al、Cu、Au等低熔點金屬的納米粒子。
惰性氣體凝聚 、原位加壓裝置示意圖
2） 高頻感應法
以高頻感應線圈為熱源,使坩堝內的導電物質在渦流作用下加熱，在低壓惰性氣體中蒸發,蒸發后的原子與惰性氣體原子碰撞冷卻凝，聚成納米顆粒。
特點：采用坩堝，一般也只是制備象低熔點金屬類的低熔點物質。
3）.活性氫—熔融金屬反應法
含有氫氣的等離子體與金屬間產生電弧，使金屬熔融，電離N2, Ar等氣體和H2溶入熔融金屬，然后釋放出來，在氣體中形成金屬納米顆�；驓浠�。
4） 濺射法
此方法的原理： 用兩塊金屬板分別作為陽極和陰極，陰極為蒸發用的源材料，在兩電極間充入Ar氣(40～250Pa)，兩電極間施加的電壓范圍為0.3～1.5kv。由于兩極間的輝光放電使Ar離子形成，在電場的作用下Ar離子沖擊陰極靶材表面，使原子從其表面蒸發出來,冷凝后形成納米顆粒．
在附著面上沉積下來。粒子的大小及尺寸分布主要取決于兩電極間的電壓、電流和氣體壓力。靶材的表面積愈大，原子的蒸發速度愈高．納米粒子的獲得量愈多。
基本原理是：在高真空中蒸發的金屬原子在流動的油面內形成極納米顆粒，產品為含有大量超微粒的糊狀油。
高真空中的蒸發是采用電子束加熱, 當水冷銅坩堝中的蒸發原料被加熱蒸發時，打開快門，使蒸發物鍍在旋轉的圓盤表面上形成了納米粒子。 含有納米粒子的油被甩進了真空室沿壁的容器中，然后將這種超微粒含量很低的油在真空下進行蒸餾．使它成為濃縮的含有納米粒子的糊狀物。流動液面真空蒸鍍法的優點：
① 可制備Ag、Au、Pd、Cu、Fe、Ni、Al、In等納米顆粒，平均粒徑約3nm，而用惰性氣體蒸發法很難獲得這樣小的微粒；
② 粒徑均勻、分布窄, 見右圖。
③ 納米顆粒分散地分布在油中。
④ 粒徑的尺寸可控，即通過改變蒸發條件來控制粒徑大小，例如蒸發速度、油的粘度、圓盤轉速等。圓盤轉速高．蒸發速度快．油的粘度高均使粒子的粒徑增大，最大可達8 nm。
6 ） 通電加熱蒸發法
此法是通過碳棒與金屬相接觸，通電加熱使金屬熔化．金屬與高溫碳反應并蒸發形成碳化物納米顆粒。
下圖為制備SiC超微粒子的裝置圖。碳棒與Si板(蒸發材料)相接觸，在蒸發室內充有Ar或He氣、壓力為1～10kP, 在碳棒與Si板間通交流電(幾百A)．Si板被其下面的加熱器加熱，隨Si板溫度上升, 電阻下降，電路接通，當碳棒溫度達白熱程度時，Si板與碳棒相接觸的部位熔化．當溫度高于2473K時．它的
周圍形成了SiC小微粒的“煙”，然后將它們收集起來得到SiC納米顆粒。用此方法還可以制備Cr, Ti, V, Zr ,Hf, Mo, Nb, Ta和W等碳化物納米顆粒。
7）．混合等離子法
此制備方法是采用RF(射頻)等離子與直流(DC)等離子組合的混合方式來獲得納米粒子。
如圖由中心英管外的感應線圈產生高頻磁場(幾MHz)將氣體電離產生RF等離子體．內載氣攜帶的原料經等離子體加熱、反應生成納米粒子并附著在冷卻壁上。
DC(直流)等離子電弧束來防止RF等離子火焰受干擾，因此稱為“混合等離子”法。
混合等離子法特點:
①產生RF等離子體時沒有采用電極，不會有電極物質(熔化或蒸發)混入等離子體而導致等離子體中含有雜質，因此納米粉末的純度較高；
②等離子體所處的空間大，氣體流速比DC等離子體慢，致使反應物質在等離子空間停留時間長、物質可以充分加熱和反應；
③可使用非惰性的氣體(反應性氣體)，因此．可制備化合物納米顆粒，即混合等離法不僅能制備金屬納米粉末，也可制備化合物納米粉末，使產品多樣化。
8）．激光誘導化學氣相沉積 (LICVD)
(LICVD) 法制備納米粉末是近幾年興起的。激光束照在反應氣體上形成了反應焰，經反應在火焰中形成微粒，由氬氣攜帶進入上方微粒捕集裝置。該法利用反應氣體分子(或光敏劑分子)對特定波長激光束的吸收，引起反應氣體分子激光光解(紫外光解或紅外多光于光解)、激光熱解、激光光敏化和激光誘導化學合成反應，在一定工藝條件下(激光功率密度、反應池壓力、反應氣體配比和流速、反應溫度等)，獲得納米粒子空間成核和生長。
9）．化學蒸發凝聚法(CVC)
這種方法主要是通過有機物或金屬有機物分子熱解獲得納米陶瓷粉體。
其原理是利用高純惰性氣作為載氣，攜帶有機分子原料，例如六甲基二硅烷．進入鉬絲爐，溫度為1100～1400℃、氣氛的壓力保持在1～10 mbar的低氣壓狀態，在此環境下原料熱解形成團簇進一步凝聚成納米級SiC顆粒．最后附著在一個內部充滿液氮的轉動的襯底上, 經刮刀刮下進行納米粉體收集，示意圖如圖。
優點：產量大，顆粒尺寸小，分布窄
10）．爆炸絲法
這種方法適用于制備納米金屬和合金粉體。
基本原理是先將金屬絲固定在一個充滿惰性氣體(50bar)的反應室中，絲的兩端卡頭為兩個電極，它們與一個大電容相聯結形成回路，加15kV的高壓、金屬絲500一800kA下進行加熱．融斷后在電流停止的一瞬間，卡頭上的高壓在融斷處放電，使熔融的金屬在放電過程中進一步加熱變成蒸汽，在惰性氣體中碰撞形成納米粒子沉降在容器的底部，金屬絲可以通過一個供絲系統自動進入兩卡頭之間．從而使上述過程重復進行。
