納米粉體的噴霧熱分解合成納米材料與納米技術(shù)

概述

01

熱噴霧分解合成的詳細(xì)介紹02噴霧熱分解法的幾種應(yīng)用方法及實(shí)例03

結(jié)語(yǔ)04目錄

概述噴霧熱分解(SprayPyrolysis，簡(jiǎn)稱SP)技術(shù)是一種很有開展前途的材料制備方法，與傳統(tǒng)的材料制備技術(shù)相比，它具有很多優(yōu)越性；如生成物顆粒可控，成分均勻，純度較高，工藝過(guò)程溫度低等，已在材料科學(xué)的許多領(lǐng)域中得到應(yīng)用．SP技術(shù)在物理和化學(xué)方面的靈活性，為合成先進(jìn)的陶瓷粉體和薄膜提供了更多的時(shí)機(jī)．熱噴霧分結(jié)合成步驟1前驅(qū)體真溶液，膠態(tài)分散體，乳化液和溶膠等都可以作為氣溶膠的前驅(qū)體2噴霧噴霧技術(shù)的不同之處在于形成霧滴的尺寸、噴霧效率和霧滴的初速度不同．離開霧化器時(shí)霧滴的速率是非常重要的，這是因?yàn)樗鼪Q定著加熱的速率和SP工藝中霧滴停留的時(shí)間．3蒸發(fā)隨著SP工藝的持續(xù)，發(fā)生以下的物理現(xiàn)象：霧滴外表液相的蒸發(fā)霧滴中氣相的擴(kuò)散，霧滴的收縮，霧滴溫度的變化以及液相向霧滴中心的擴(kuò)散4枯燥霧滴的于燥階段不同于蒸發(fā)階段，它包含于鹽類的沉淀5霧滴凝聚6熱分解和合成(燒結(jié))

SP過(guò)程SP工藝過(guò)程中，溶液霧化后進(jìn)入一系列的反響容器(以下圖)

由此可以看出，噴霧熱分解實(shí)際是個(gè)氣溶膠的過(guò)程，屬氣相法的范疇，但與一般的氣溶膠過(guò)程不同的是它是以液相溶液作為前驅(qū)體，因此兼具有氣相法和液相法的諸多優(yōu)點(diǎn)：(1)組分分布均勻，可精確控制化學(xué)計(jì)量比原料在溶液狀態(tài)下混合，可保證組分分布均勻，而且工藝過(guò)程簡(jiǎn)單，組分損失少，可精確控制化學(xué)計(jì)量比，尤其適合制備多組分復(fù)合粉末(2)呈規(guī)那么的球形，少團(tuán)聚微粉由懸浮在空氣中的液滴枯燥而來(lái)，顆粒一般呈規(guī)那么的球形，而且少團(tuán)聚，無(wú)需后續(xù)的洗滌研磨，保證了產(chǎn)物的高純度，高活性(3)過(guò)程迅速整個(gè)過(guò)程在短短的幾秒鐘迅速完成，因此液滴在反響過(guò)程中來(lái)不及發(fā)生組分偏析，進(jìn)一步保證組分分布的均一性(4)工序簡(jiǎn)單工序簡(jiǎn)單，一步即獲得成品，無(wú)過(guò)濾、洗滌、枯燥、粉碎過(guò)程，操作簡(jiǎn)單方便，生產(chǎn)過(guò)程連續(xù)，產(chǎn)能大，生產(chǎn)效率高，非常有利于大工業(yè)化生產(chǎn)。噴霧熱分解法在功能材料中的應(yīng)用由于SP法兼具有傳統(tǒng)氣相法和液相法的諸多優(yōu)點(diǎn)，制備多元復(fù)合型粉末中有著無(wú)可比較的優(yōu)勢(shì)，因此被廣泛應(yīng)用于制備各功能材料超導(dǎo)材料發(fā)光材料催化劑材料的制備

致密顆粒合成

制備先進(jìn)的陶瓷材料要求粉體具有以下特點(diǎn)：化學(xué)純度和均勻性高、顆粒直徑<1um、致密顆粒、顆粒形狀一致以及顆粒分散性好．利用SP技術(shù)制備的粉體具有這些特點(diǎn)。但是SP技術(shù)合成的粉體也容易形成空心和外層破裂的顆粒．空心或多孔粉末合成SP技術(shù)合成粉體時(shí)，容易形成空心或多孔的顆粒．這些對(duì)于陶瓷是不利的，但是對(duì)于隔熱和催化劑載體來(lái)說(shuō)卻是有利的．多孔材料不必保持密實(shí)的外表，可以用制備致密顆粒相反的條件制備多孔顆粒．超細(xì)和納米顆粒合成由SP技術(shù)直接合成粉體，要控制霧滴的形成、凝結(jié)、揮發(fā)和分解過(guò)程．非氧化物和金屬顆粒合成Mizutani和Liu利用超聲噴霧分解法制備了非氧化物a—Si3N4顆粒，并且得出噴霧熱分解制備非氧化物顆粒時(shí)，前驅(qū)體應(yīng)使用低蒸氣壓和可溶解的非氧化物溶質(zhì)以及非氧化物溶劑．Lindquist以聚合氨為前驅(qū)體，利用SP技術(shù)在無(wú)水和非氧化條件下制備了BN粉體．ChenZhenhua等以NaCl為噴霧媒質(zhì)，制備了金屬和合金的超細(xì)粉體，并且尺寸分布比較窄．在這個(gè)技術(shù)中，顆粒尺寸主要是由噴霧媒質(zhì)NaCl顆粒的狀態(tài)決定的．復(fù)合物顆粒合成由于顆粒均勻混合和分散的困難，阻礙了超細(xì)復(fù)合物和納米復(fù)合物的開展SP技術(shù)能克服這些困難而直接生產(chǎn)出所需相結(jié)構(gòu)和分布較好的復(fù)合物顆粒纖維合成調(diào)節(jié)前驅(qū)體的粘滯度，外表張力和溶液的濃度，用SP技術(shù)可制備出不連續(xù)的纖維薄膜制備SP技術(shù)也適合于制備化學(xué)計(jì)量均勻，面積大、低本錢、非平面、質(zhì)量高的薄膜。真空沉積制備的外表光滑薄膜適合于微波方面的應(yīng)用，而由SP技術(shù)制備的顆粒薄膜，適合于很多方面的應(yīng)用，諸如光檢波器等．SP技術(shù)制備薄膜具有操作簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越多地應(yīng)用到氧化物、硫化物、硒半導(dǎo)體薄膜制備上，薄膜的厚度在0.2一10um之間．其它方面應(yīng)用

近年來(lái)，SP技術(shù)得到了更為廣泛的應(yīng)用，M．Kobayashi等利用溶膠一凝膠與噴霧相結(jié)合的方法制備壓電薄膜．他們?cè)趶澢匿摪濉⑵降匿摪?、氧化鋁以及鋼棒上制備了50—100um的薄膜。實(shí)例：噴霧熱分解法制備超細(xì)銀粉噴霧熱分解法由于設(shè)備及過(guò)程簡(jiǎn)單，制備的粉末結(jié)晶度高、球形度好、外表光潔，特別適用于電子領(lǐng)域的微細(xì)銀粉的制備，最具廣泛應(yīng)用前景實(shí)

驗(yàn)實(shí)驗(yàn)原料:分析純硝酸銀，未進(jìn)一步提純，采用去離子水配制成溶液。實(shí)驗(yàn)裝置:采用立式配置，與工業(yè)熱分解裝置的配置形式相同，如圖1.硝酸銀水溶液經(jīng)超聲噴嘴霧化成液滴2.隨載流氮?dú)膺M(jìn)入置于電阻加熱爐內(nèi)的石英管中3.熱分解生成金屬銀粉實(shí)驗(yàn)步驟1溫度的影響1)硝酸銀液滴歷經(jīng)蒸發(fā)脫水、結(jié)晶、熔融和熱分解反響等步驟后可轉(zhuǎn)化為金屬銀粉，只要霧化液滴在高于600℃溫度下保持足夠時(shí)間，硝酸銀就能完全熱分解轉(zhuǎn)化為金屬銀2)在液滴轉(zhuǎn)化為金屬銀粉的過(guò)程中，顆粒間存在碰撞聚并機(jī)制，通過(guò)控制爐子溫度、反響物濃度超生霧化器功率、溶液流量和載氣速度可以有效地控制顆粒的形貌。3)提高熱分解爐溫度有利于制備出外表光潔、球形度好的金屬銀粉。2濃度的影響硝酸銀溶液濃度對(duì)銀粉形貌和粒度都有影響，高濃度下所得銀粉粒徑大、球形度差3霧化功率的影響超聲霧化器功率、溶液流量會(huì)影響霧化液滴的粒度及其分布，因而也是影響銀粉形貌和粒度的因素。4溶液流量的影響高的載流氣體流量，能減少爐管內(nèi)氣流的盤旋返混，從而使得顆粒間的碰撞聚并少發(fā)生，有利于制備粒度小而均勻的銀粉。5載氣流量影響由圖可見，較大載氣流量下，能制備出粒度細(xì)而均勻的銀粉。其原因可能在于，較大的載氣流量，有利于消除爐管內(nèi)氣流的盤旋返混，減少顆粒間的碰撞聚集。結(jié)語(yǔ)噴霧熱分解技術(shù)經(jīng)過(guò)幾十年的開展，已成為一種重要微粉制備的工藝，特別是在各種功能材料的制備中，顯現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。近年來(lái)，隨著人們對(duì)其認(rèn)識(shí)的不斷加深，應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展在不斷拓展其應(yīng)用領(lǐng)域的同時(shí)，人們對(duì)其工藝本身也做了不少有益的改進(jìn)。但是目前研究工作也存在欠缺一，是對(duì)SP各過(guò)程機(jī)理特別是微觀過(guò)程理論研究缺乏，在制備粉體過(guò)程中對(duì)工藝參數(shù)的控制存在盲目性二，是當(dāng)前大多數(shù)工作都停留在小型實(shí)驗(yàn)研究階段在設(shè)備研制和放大規(guī)模生產(chǎn)方面還有很長(zhǎng)的路要走。