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简述纳米材料制备过程中的问题

题目

简述纳米材料制备过程中的问题

参考答案和解析
正确答案: （1）纳米粒子的分散：纳米粒子粒径小、比表面积大，表面能高→发生团聚物理分散和化学分散
（2）纳米粒子的污染。
（3）纳米材料的合成机理。
（4）合成装置。
（5）制备技术。
（6）实用化技术。
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第1题：

当前纳米材料研究的趋势是（）。

  • A、由随机合成过渡到可控合成
  • B、由纳米单元的制备，通过集成和组装制备具有纳米结构的宏观试样
  • C、由性能的随机探索发展到按照应用的需要制备具有特殊性能的纳米材料
  • D、纳米材料技术与生物技术相结合

正确答案:A,B,C

第2题：

简述块体纳米材料的制备方法原理


正确答案: 外压力合成法：
（1）惰性气体凝聚原位加压成形法
（2）高能机械研磨法  
（3）电解沉积法   
相变界面成形法：
非晶晶化法  
大塑性变形法（粉末冶金法，高温、高压法） 
电解沉积法原理：电解沉积法是指在溶液中带正电的金属离子，吸附到带负电的纳米颗粒表面，然后在电动力的作用下移至阴极，金属离子还原成原子，并与所俘获的纳米颗粒一起占据阴极金属或合金表面的位置，而形成涂层，逐渐形成薄膜纳米材料。 
非晶晶化法原理：非晶晶化法是通过控制非晶态固体的晶化动力，来获得块体纳米材料的方法，它包括非晶态固体的获得和晶化两个过程。 
大塑性变形法原理：它是材料在准静态压力作用下自身发生严重塑性变形，从而将材料的晶粒尺寸细化到亚微米级或纳米数量级。 
粉末冶金法原理：粉末冶金法是把纳米粉压实成实体，然后放到热压炉中烧结。 
高温、高压法原理：高温、高压法是将真空电弧炉熔炼的样品置入高压腔体内，加压至数GPa后升温，通过高压抑制原子的长程扩散及晶体的生长速率，从而实现晶粒的纳米化 ，然后再从高温下固相淬火以保持高温、高压组织。

第3题：

制备纳米粒的材料为（ ）。


正确答案：B

第4题：

你认为纳米晶材料（块体）的制备过程中目前存在的主要技术障碍有哪些？对原材料（纳米粉末）有何要求？


正确答案: 其技术困难在于纳米粉体的烧结是为了得到纳米晶全致密的块体材料这一矛盾，即在保持块体材料呈现纳米晶结构，而要能获得全致密化块体材料。
但是由于纳米（金属或非氧化物陶瓷）粉末，表面能和活性极高，导致氧的大量吸附，氧含量很高。这些氧对后续加工带来困难；同时由于活性高，烧结驱动力用于致密化和晶粒长大，烧结后产生晶粒粗化，变成非纳米晶结构；试样细寸细小，特别是难以得到出现性能突变的可供测试的样品，无法判断对应晶粒尺寸；工程应用也受到制约.
对原材料的要求：无团聚的纳米粉体，细小而均匀的孔隙结构，便于消除可能产生的内孔隙。

第5题：

简述块体纳米材料存在的问题及解决方案


正确答案: 存在问题
（1）热稳定性差块体纳米材料中大量的晶界处于热力学亚稳态 ,在适当的外界条件下将向稳定的亚稳态或稳定态转化 ,一般表现为三种形式:晶粒长大、固溶脱脂或相变。块体纳米材料一旦发生晶粒长大 ,即转变为普通粗晶材料 ,失去其优异性能 ,甚至在常温下 ,纳米材料的热稳定性也较差。
（2）致密性差 
解决方案 
（1）解决热稳定性差问题 
（a）加入第二相
加入的第二相物质 ，在纳米材料的晶界中起到隔离晶粒边界的作用 ，抑制纳米晶粒的可动性 ，提高块状纳米材料的热稳定性。 
（b）强烈塑性加工 
强烈塑性流动还使纳米晶粒增强相均匀弥散于基体材料中 ，抑制晶粒长大 ，提高其热稳定性；同时也消除了组织疏松现象 ，使材料致密 ，各组元分布平缓、均匀从而提高块体纳米材料的力学性能和热稳定性。 
（2）解决致密性差问题
（a）烧结 
控制纳米晶体在烧结过程中的生长是纳米烧结研究追求的目标。 目前主要的方法有：对烧结过程中施加外力，即施压；在纳米材料中加入第二相物质 ，利用快速烧结抑制纳米晶粒生长。 
（b）挤压 
挤压是对放在容器（挤压筒） 内的坯料施加力，使之从特定的模孔中流出，获得所需断面形状尺寸的一种塑性加工方法。对于用粉末冶金法制而成的块体纳米材料，利用高温挤压变形时，强三压应力和强剪切变形作用，可以破坏块体表面的化膜，改善块体颗粒之间的接触状态 ，压合内部的洞和孔隙 ，从而提高块体纳米材料的致密度及力性能。

第6题：

纳米材料制备新技术有哪些？


正确答案: ①微波化学合成法
②脉冲激光沉积薄膜
③分子自组装法
④原位生成法

第7题：

简述纳米材料制备过程中的主要问题和解决方法。


正确答案: （1）纳米粒子的分散。纳米粒子粒径小，表面能高，极易形成团聚的大颗粒
解决方法：
超声分散：利用超声波空化产生的高温、高压或强冲击波和微射 流作用，可大幅度地弱化纳米粒子的表面作用和静电作用，有效地防止纳米粒子团聚而使之充分分散。 机械搅拌分散 化学改性分散。通过化学反应赋予纳米粒子表面一定的有机化合物薄膜，可以提高纳米粒子在有机基质中的分散性。 分散剂分散
（2）纳米粒子的污染：目前没有十分有效的解决方法。

第8题：

何谓纳米材料?纳米材料通常可分为哪些类型?目前有哪些常用的制备方法?纳米材料有何特性?有哪些应用前景?


参考答案：纳米材料是指显微结构中的物相具有纳米级尺寸的材料;可分为：纳米粒子;纳米固体;纳米组装系统;制备方法主要有：沉淀法，浸渍法，水热法，微波辐射法，超声波辐射合成法等;特性：小尺寸效应，表面效应，量子尺寸效应，宏观隧道效应等;在光学材料，催化材料，贮氢材料，磁性材料等领域有广泛的应用。

第9题：

块体纳米材料的制备技术有哪些？


正确答案: （1）惰性气体凝聚原位加压成型法：
合成过程分为两步：气体冷凝获得纳米粉末，纳米粉末被加压致密。整个过程是在超高真空室内进行。
（2）机械合金研磨结合加压成块 在干燥的球形装料机内，在高真空氩气的保护下，通过机械研磨过程中调整运行的硬质钢球与研磨体之间相互碰撞对粉末粒子反复进行熔结、断裂、再熔结的过程 使晶粒不断细化，达到纳米尺寸，然后，纳米粉再采用热挤压、热静压等技术制得块状纳米材料。
（3）非晶晶化法
需要两个独立的过程，非晶态合金的制备和退火处理过程。
（4）大塑性变形法，喷雾沉积法、离子注入法等。

第10题：

介绍几种纳米材料的制备方法？


正确答案: 气相反应法可分为：气相分解法、气相合成法及气-固反应法等。
液相反应法可分为：沉淀法、水热、溶剂热法、溶胶-凝胶法、反相胶束法等。
溶胶凝胶技术是指金属有机或无机化合物经过溶液、溶胶、凝胶而固化，在经热处理而成氧化物或其他化合物固体的方法。步骤：溶胶的制备。溶胶凝胶转化。凝胶干燥。
纳米粒子的制备方法很多，可分为物理方法和化学方法。
真空冷凝法
用真空蒸发、加热、高频感应等方法使原料气化或形成等粒子体，然后骤冷。其特点纯度高、结晶组织好、粒度可控，但技术设备要求高。
物理粉碎法
通过机械粉碎、电火花爆炸等方法得到纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。
机械球磨法
采用球磨方法，控制适当的条件得到纯元素、合金或复合材料的纳米粒子。其特点操作简单、成本低，但产品纯度低，颗粒分布不均匀。
化学方法
气相沉积法
利用金属化合物蒸气的化学反应合成纳米材料。其特点产品纯度高，粒度分布窄。
沉淀法
把沉淀剂加入到盐溶液中反应后，将沉淀热处理得到纳米材料。其特点简单易行，但纯度低，颗粒半径大，适合制备氧化物。
水热合成法
高温高压下在水溶液或蒸汽等流体中合成，再经分离和热处理得纳米粒子。其特点纯度高，分散性好、粒度易控制。
溶胶凝胶法
金属化合物经溶液、溶胶、凝胶而固化，再经低温热处理而生成纳米粒子。其特点反应物种多，产物颗粒均一，过程易控制，适于氧化物和Ⅱ～Ⅵ族化合物的制备。
微乳液法
两种互不相溶的溶剂在表面活性剂的作用下形成乳液，在微泡中经成核、聚结、团聚、热处理后得纳米粒子。其特点粒子的单分散和界面性好，Ⅱ～Ⅵ族半导体纳米粒子多用此法制备。

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