方法制备纳米材料的基本原理是利用机械能来诱发化学反应和诱导材料组织、结构和性能变化,以此来达到制备纳米材料的目的。一般来说,有固相参加的多相化学反应过程是反应剂之间达到原子级别结合、克服反应势垒而发生化学反应的过程,其特点是反应剂之间有界面存在。影响反应速度的因素有反应过程的自由能变化、温度、界面特性、扩散速度和扩散层厚度等。粉末颗粒在高能球磨过程中机械力化学作用使晶格点阵排列部分失去周期性,形成晶格缺陷,发生晶格畸变。粉末颗粒被强烈塑性变形,产生应力和应变,颗粒内产生大量的缺陷,颗粒非晶化。这显著降低了元素的扩散激活能,使得组元间在室温下可显著进行原子或离子扩散;颗粒不断冷焊、断裂和组织细化,形成了无数的扩散反应偶,同时扩散距离也大大缩短。应力、应变、缺陷和大量纳米晶界、相界的产生,使系统储能很高达十几kJmol,粉末活性大大提高,甚至产生多相化学反应,从而成功合成新物质。
评论:机械力化学法在制备纳米陶瓷材料和纳米复合材料方面有了较大的发展,不
仅能够制备出尺寸较均匀的纳米材料,同时对机械力化学法机理和过程的研究也有了进一步的发展。此外,机械力化学法在制备其他纳米材料的应用上也有新的突破,再加上其具有工艺简单,成本低,易于实现工业化的特点,足以说明它已成为制备纳米材料的一种重要方法并具有广阔的应用前景。然而,机械力化学法理论提出了已有几十年,但对它的机理研究和本质的认识还有待进一步深入,以及在机械力化学法制备的纳米粉体粒度均匀性、粉料分散和团聚问题以及能耗大、粉体易被污染等问题上需要进一步的研究和探讨。(二)气相法
化学气相沉积是迄今为止气相法制备纳米材料应用最为广泛的方法,该方法是在一个加热的衬底上,通过一种或几种气态元素或化合物产生的化学元素反应形成纳米材料的过程。它利用挥发性的金属化合物的蒸发,通过化学反应生成所需
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f化合物在保护气体环境下快速冷凝,从而制备各类物质的纳米微粒。化学气相沉积法制备纳米碳材料的原理是碳氢化合物在较低温度下与金属纳
米颗粒接触时通过其催化作用而直接生成。化学气相沉积法制备碳纳米管的工艺是基于气相生长碳纤维的制备工艺。在研究气相生长碳纤维早期工作中就己经发现有直径很细的空心管状碳纤维,但遗憾的是没有对其进行更详细的研究4。直到Iijima在高分辨透射电子显微镜发现产物中有纳米级碳管存在,才开始真正的以碳纳米管的名义进行广泛而深入r