西安交通大学：《纳米生物技术 Nano-biotechnology》课程教学课件（讲稿）第三节 纳米材料的制备方法

西安文通大学IAMJIAOTONGUNIVERS前言纳米材料的合成与制备一直是纳米科学领域的一个重要研究课题。在所有纳米材料的制备方法中，最终目的是所制得的纳米颗粒具有均一的大小和形状。为制造具有特定功能的纳米产品，其技术路线可分为“自上而下”（Top-down）和！衡量纳米科技的发展水平"自下而上”（Bottom-up）两种。“自上而下”是指通过传统的微加工或固态技术，不断在尺寸上将功能产品微型化；而“自下而上”是指以原子、分子为基本单元，根据人们的意愿进行设计和组装，从而构筑具有特定功能的产品。BulkPowdersNanoparticlesClusterAtomsBottom-upApproachTop-downApproach图纳米材料的Bottom-up和Top-down方法制备原理示意图2Biosensors (Basel).2020 Nov 3;10(11):165. doi:10.3390/bios10110165

前言 2 纳米材料的合成与制备一直是纳米科学领域的一个重要研究课题。在所有纳米材料的 制备方法中，最终目的是所制得的纳米颗粒具有均一的大小和形状。 为制造具有特定功能的纳米产品，其技术路线可分为“自上而下”（Top-down）和 “自下而上”（Bottom-up）两种。 “自上而下”是指通过传统的微加工或固态技术，不断在尺寸上将功能产品微型化； 而“自下而上”是指以原子、分子为基本单元，根据人们的意愿进行设计和组装，从而构 筑具有特定功能的产品。 Biosensors (Basel). 2020 Nov 3;10(11)：165. doi：10.3390/bios10110165. 图 纳米材料的Bottom-up 和 Top-down方法制备原理示意图 衡量纳米科技的发展水平

西安交通大学IAMJIAOTONGUNIVERS前言纳米材料制备方法的分类方法有很多，在本节中，我们依照产品的制备过程中凝聚态特性将纳米材料的制备方法依次分类为：气相法固相法液相法生物合成法同时，辅以介绍新型的3

前言 3 纳米材料制备方法的分类方法有很多，在本节中，我们依照产品 的制备过程中凝聚态特性将纳米材料的制备方法依次分类为： 同时，辅以介绍新型的 固相法 气相法 液相法 生物合成法

西安文通大学CIAM JIAOTONG UNIVERST内容提要1.固相法2.气相法3.液相法4.生物合成法

内容提要 1.固相法 4 2.气相法 3.液相法 4.生物合成法

西安文通大学CIAM JIAOTONG UNIVERST内容提要1.固相法2.气相法3.液相法4.生物合成法

内容提要 1.固相法 5 2.气相法 3.液相法 4.生物合成法

西安文通大泽CANJIAOTONOUNIVE1.固相法固相法制备纳米材料是固体材料在不发生熔化、气化的情况下使原始晶体细化或反应生成纳米晶体的过程。目前，发展出的固相法主要有传统粉碎法、固相反应法等方法。1.1传统粉碎法传统粉碎法是用各种超微粉碎机将原料直接粉碎研磨成超微粉。此法由于具有低成本高产量及制备工艺简单等优点，在一些对粉体的粒度和纯度要求不太高的场合适用。此法工业应用较多，尤其适用于制备脆性材料的超微粉。其中较为突出的超微粉碎机有：高能球磨机、塔式粉碎机和气流磨等。6

1.固相法 6 1.1 传统粉碎法 传统粉碎法是用各种超微粉碎机将原料直接粉碎研磨成超微粉。此法由于具有低成本、 高产量及制备工艺简单等优点，在一些对粉体的粒度和纯度要求不太高的场合适用。此法 工业应用较多，尤其适用于制备脆性材料的超微粉。 其中较为突出的超微粉碎机有：高能球磨机、塔式粉碎机和气流磨等。 固相法制备纳米材料是固体材料在不发生熔化、气化的情况下使原始晶体细化或反应 生成纳米晶体的过程。目前，发展出的固相法主要有传统粉碎法、固相反应法等方法

西安文通大学OAM JIAOTONGUNIVES1.固相法1988年，日本京都大学首次采用传统粉碎法制备AI一Fe纳晶材料，是将粗粉体和硬球（钢球、陶瓷球、或玛瑙球）按比例放进球磨机的密封容器内，利用球磨机的转动或振动，使硬球对原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，把金属或合金粉末粉碎为纳米级微粒的方法。O00Plastic defesheardefornsFractuchenicalnacotationof themllingbow图球磨法的原理示意图7J.Energy Res.,2016,40,21362149.doi: 10.1007/s11783-019-1209-1

1.固相法 7 1988 年，日本京都大学首次采用传统粉碎法制备Al一Fe纳晶材料，是将粗粉体和硬球(钢 球、陶瓷球、或玛瑙球)按比例放进球磨机的密封容器内，利用球磨机的转动或振动，使 硬球对原料进行强烈的撞击、研磨和搅拌，把金属或合金粉末粉碎为纳米级微粒的方法。 图 球磨法的原理示意图 J. Energy Res.， 2016， 40， 2136–2149. doi：10.1007/s11783-019-1209-1

西安文通大学DAM JIAOTONGUNIVER1.固相法1.2固相反应法固相反应法是指由一种或一种以上的固相物质在热能、电能或机械能的作用下发生合成或分解而生成纳米材料的方法。固相法的设备简单，但生成的粉体容易团聚，常需要二次粉碎8

1.固相法 8 1.2 固相反应法 固相反应法是指由一种或一种以上的固相物质在热能、电能或机 械能的作用下发生合成或分解而生成纳米材料的方法。 固相法的设备简单，但生成的粉体容易团聚，常需要二次粉碎

西安文通大学IAMJIAOTONGUNIVER1.固相法1.2.1高温固相反应法：高温固相反应法是将反应原料按一定比例混合研磨后进行烧，通过高温下发生固相反应直接制成或再次粉碎制得超微粉，典型应用是制备金属氧化物，如制备BaTiO就是将TiO,和BaCO，等物质混合后在800~1200°C下燈烧，发生固相反应：TiO,+BaCO,=BaTiO,+CO720℃>570℃diffusionBaTiO:>1100℃TiO3TiO,@BaTiO,@BaTioTiO@BaTiOcore-shell-shellcore-shell图固相反应法合成BaTiO，原理示意图9JEurCeramSoc.2016,36(3):583

1.固相法 9 1.2.1 高温固相反应法：高温固相反应法是将反应原料按一定比例混合研磨后进行煅烧，通 过高温下发生固相反应直接制成或再次粉碎制得超微粉，典型应用是制备金属氧化物。 如制备BaTiO3就是将TiO2和BaCO3等物质混合后在800～1200℃下煅烧，发生固相反应： TiO2+ BaCO3 = BaTiO3+CO2 图 固相反应法合成BaTiO3原理示意图 J Eur Ceram Soc. 2016, 36(3)：583

西安文通大泽IAMJIAOTONOUNIVE1.固相法1.2.2室温固相反应法：将室温固相反应尤其是配位化学反应应用于纳米材料的合成，是近年来发展起来的新方法，此法克服了传统湿法存在团聚现象的缺点，同时也充分显示了固相合成反应无需溶剂、产率高和反应条件易控制等优点。如纳米氧化锌的合成，可用锌盐与氢氧化钠、碳酸钠、草酸、8-羟基喹啉等发生固相反应，生成前驱物Zn(OH)z、Na,COZnC,O、8-羟基喹啉合锌前驱物在一定温度下灼烧分解即可得纳米氧化锌。图纳米氧化锌的TEM图目前，采用室温下一步固相反应合成的纳米粉体现已相当多，如：CuO、ZnS、CdS、PbS、CeO、La,O,等。10精细化工.2000(06).doi：10.13550/jxhg.2000.06.011

10 1.2.2 室温固相反应法：将室温固相反应尤其是配位化学反应应用于纳米材料的合成，是近 年来发展起来的新方法，此法克服了传统湿法存在团聚现象的缺点，同时也充分显示了固 相合成反应无需溶剂、产率高和反应条件易控制等优点。 1.固相法 如纳米氧化锌的合成，可用锌盐与氢氧化钠、碳酸 钠、草酸、8-羟基喹啉等发生固相反应，生成前驱 物Zn(OH)2、Na2CO3、ZnC2O4、8-羟基喹啉合锌， 前驱物在一定温度下灼烧分解即可得纳米氧化锌。 目前，采用室温下一步固相反应合成的纳米粉体现已相 当多，如：CuO、ZnS、CdS、PbS、CeO2、La2O3等。 精细化工. 2000(06). doi：10.13550/j.jxhg.2000.06.011. 图 纳米氧化锌的TEM图

西安文通大学CIAM JIAOTONG UNIVERST内容提要1.固相法2.气相法3.液相法4.生物合成法11

内容提要 1.固相法 11 2.气相法 3.液相法 4.生物合成法