奈米材料科技原理与应用课件.ppt
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- 关 键 词:
- 材料 科技 原理 应用 课件
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1、授課教師:吳忠春主題:奈米材料製備方法主題:奈米材料製備方法4-0 前言4-1 化學還原法4-2 化學氣相沈積法4-3 化學氣相凝聚法4-4 氣相法4-5 火焰燃燒法4-6 沉澱法etc(待續)氧化還原法為最常用且最有效的方法,也是最基本的奈米微粒生成方式,其原理是氧化還原反應:以金屬鹽溶液作為反應前驅物,並加入還原劑將金屬離子還原成奈米金屬微粒,依不同保護劑、溶劑、及還原劑之不同發展出檸檬酸根法、醇還原法、多元醇法、微乳化法、有機溶劑法等。最最早利用氧化還原法製備奈米金屬粒子的是在早利用氧化還原法製備奈米金屬粒子的是在 1857 年年 Faraday 利用檸檬酸鈉還原來製備奈米金粒子,利用檸
2、檬酸鈉還原來製備奈米金粒子,而金粒子吸附了離子而產生電雙層使粒子穩定而金粒子吸附了離子而產生電雙層使粒子穩定 。氧化還原合成奈米金屬的優點:( l )可應用的金屬鹽類很多,週期表中 4 11族的金屬鹽類都可以使用。 ( 2 )合成的奈米粒子粒徑分布窄。 ( 3 )可利用不同金屬唆類共同還原製備雙金屬奈米粒子或合金。 ( 4 )生成的奈米粒子比較穩定,容易把製程放大。一般微粒子的合成法可分為固相法、氣相法、一般微粒子的合成法可分為固相法、氣相法、液相法三種。液相法三種。以固相法來說,其程序不外乎混以固相法來說,其程序不外乎混合、鍛燒、造粒、燒結、粉碎等步驟,特別是合、鍛燒、造粒、燒結、粉碎等步驟
3、,特別是造粒和鍛燒的步驟必須重複許多次,製程的本造粒和鍛燒的步驟必須重複許多次,製程的本身不複維但是成本高,而且所能達到的粒徑也身不複維但是成本高,而且所能達到的粒徑也有限度,不是能無限的縮小尺寸。有限度,不是能無限的縮小尺寸。而奈米微粒而奈米微粒的製法則偏向於的製法則偏向於 build - up 式的氣相法或是液式的氣相法或是液相法,氣相法以相法,氣相法以 PVD (物理氣相沉積),液(物理氣相沉積),液相法當中以相法當中以 CVD (化學氣相沉積)最具代表(化學氣相沉積)最具代表性。性。主要是利用化學反應,進行薄膜的沉積沉積。其特性及優點列如下列諸點: ( l)以較高的表面移動性進行表面反
4、應。)以較高的表面移動性進行表面反應。 ( 2)薄膜對不平的基材有較佳的順應性)薄膜對不平的基材有較佳的順應性,即即可處理高低起伏不平的基材。可處理高低起伏不平的基材。(3)可均勻覆蓋薄膜在孔或深溝之側壁及)可均勻覆蓋薄膜在孔或深溝之側壁及底部。底部。4-2 化學氣相沈積法化學氣相沉積的機制通常有二:一為反應物先反應生成固態生成物,再利用固態生成物的重量,自然沉積到基材上;另一種為反應物經擴散近基材、吸附到基材表面,反應生成固態生成物,未反應物則與其他氣態副產物脫附。化學氣相沉積法(CVD)是目前製備單層碳奈米管最有效率的方法,主要原理為將CH4、C2H2、C2H4等碳氫化合物通入高溫石英管爐
5、中反應(約1000),可形成25130 nm的碳管。4-2 化學氣相沈積法目前主要製作奈米微粒,有兩種主要的化學氣相沉積法:(1)催化劑化學氣相沉積法(CCVD):將反應氣體通過置有催化劑的高溫石英管爐,這些氣體受到高溫金屬催化劑的作用產生裂解,生成碳原子而吸附擴散形成奈米碳管。此法改善電弧放電法中碳管短、低產率及較高製造成本的缺點。4-2 化學氣相沈積法(2)微波電漿電子迴旋共振化學氣相沉積法(ECR-CVD):微波電漿觸媒輔助電子迴旋共振化學氣相沉積法(ECR-CVD)利用CH4及H2為反應氣源,成功地合成大面積(4吋直徑)且具定向性的碳奈米管。使用的觸媒材料包括Fe、Ni、Co顆粒及Co
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