常见的纳米微粒粒径为1-100nm,纳米微粒的大小与胶体微粒大小处于同一数量级,因此胶体中的胶粒为纳米微粒,纳米微粒的分散体系属于胶体范畴。根据胶体的分类,纳米胶体一般属于溶胶、悬浮体一类。

1.2  纳米胶体的制备技术

溶胶的制备方法有分散法和凝聚法。

1.2.1  分散法

分散法,将大块物体分裂成小颗粒,分散在液体介质内。

使用研磨法,最细仅磨到1μm左右,实验室内常用超声波法来获得溶胶,它是通过高频高压交流电对石英片产生106Hz左右同频机械振荡,当此高频机械波传入容器以后,即产生相同频率的疏密交替波,对被分散物质产生很大的撕碎力,从而使分散相均匀分散。另一种分散方法是溶胶法,将生成沉淀,加一些胶溶剂,使沉淀又转化为溶胶。

1.2.2  凝聚法

凝聚法,由小的分子或离子凝聚而成分散相。凝聚法可以获得高分散性的溶胶,其原则是将真溶液以适当方法沉淀下来,这些方法,可以用改换溶剂法、冷却法以及化学反应等来制取溶胶。从化学反应所得到的溶胶都带有电解质,需要进行透析,去除电解质,使溶胶稳定。

1.2.3  常用的纳米胶体制备方法

1.2.3.1  水热法

水热法又称热液法,属液相化学法的范畴,是在特制的密闭反应容器(高压釜)里,采用水溶液作为反应介质,通过对反应容器加热,创造一个高温、高压的反应环境,使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶,在高压环境下制备纳驱物在反应系统中得到充分的溶解→形成原子或分子生长基元→成核结晶。

优点:①水热晶体生长环境热应力较低②水热晶体生长温度较低③水热法晶体生长是在一密闭系统里进行的,可以控制反应气氛而形成氧化或还原反应条件,实现其他方法难以获得的物质的某些物相生成。④生长速率快。

但并非所有晶体都适合在水热环境里生长。

1.2.3.2  溶胶—凝胶法

化学过程为:将易于水解的金属化合物(无机盐或醇盐)在某种溶剂中与水发生反应,经过水解反应生成活性单体,活性单体进行聚合,升始成为溶胶,进而生成具有一定空间结构的凝胶,再经过于燥、烧结处理,得到所需的各种纳米材料。即反应有两步:第一步,水解反应生成溶胶;第二步,聚合生成凝胶。

优点:①化学均匀性好:由于溶胶—凝胶法中所用的原料首先被分散到溶剂中而形成低强度的溶液,因此,就可以在很短的时间内获得分子水平的均勾性,在形成凝胶时,反应物之间很可能是在分子水平上被均匀地混合。②高纯度:粉料(特别是多组分粉料)制备过程中无须机械混合。③颗粒细:胶粒尺寸小于0.1μm。④该法可容纳不溶性组分或不沉淀组分:不溶性颗粒均匀地分散在含不产生沉淀组分的溶液中,经胶凝化,不溶性组分可自然地固定在凝胶体系中。不溶性组分颗粒越细,体系化学均匀性越好。⑤与固相反应相比,化学反应将容易进行,而且仅需要较低的合成温度。一般认为,溶胶—援胶体系中组分的扩散在纳米范围内,而固相反应时组分扩散是在微米范围内,因此反应容易进行,温度较低。⑥选择合适的条件可以制备各种新型材料。

溶胶凝胶法的缺点:①原料价格比较昂贵,有些原料对健康有害。②通常整个过程所需时间较长。③凝胶中存在大量微孔,干燥过程中会产生收缩。

溶胶一凝胶法是制备超细粉末的重要技术之一,作为一种湿化学合成方法,具有设备简单,工艺易于控制,粉末纯度和均匀度高,成本低等优点,在制备涂层以及涂层复杂形状零件方面有很大的优越性。已有的研究表明,用溶胶一凝胶法制备的氧化硅涂层可以用来提高金属材料的耐腐蚀、耐磨损、耐热性能等。

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