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1、会计学1第一页，编辑于星期二：六点 二十九分。材材材材料料料料的的的的开开开开发发发发与与与与应应应应用用用用在在在在人人人人类类类类社社社社会会会会进进进进步步步步上上上上起起起起了了了了极极极极为为为为关关关关键键键键的的的的作作作作用用用用。人人人人类类类类文文文文明明明明史史史史上上上上的的的的石石石石器器器器时时时时代代代代、铜铜铜铜器器器器朝朝朝朝代代代代、铁铁铁铁器器器器时时时时代代代代的的的的划划划划分分分分就就就就是是是是以以以以所所所所用用用用材材材材料料料料命命命命名名名名的的的的。材材材材料料料料与与与与能能能能源源源源、信信信信息息息息为为为为当当当当代代代代技技技技
2、术术术术的的的的三三三三大大大大支支支支柱柱柱柱，而而而而且且且且信信信信息息息息与与与与能能能能源源源源技技技技术术术术的的的的发发发发展展展展也也也也离离离离不不不不一一一一材材材材料料料料技技技技术术术术的的的的支支支支持持持持。因因因因此此此此，材材材材料料料料是是是是人人人人类类类类文文文文明明明明的物质基础的物质基础的物质基础的物质基础 纳纳纳纳米米米米材材材材料料料料指指指指的的的的是是是是颗颗颗颗粒粒粒粒尺尺尺尺寸寸寸寸为为为为1 1100nm100nm的的的的粒粒粒粒子子子子组组组组成成成成的的的的新新新新型型型型材材材材料料料料。由由由由于于于于它它它它的的的的尺尺尺尺寸寸
3、寸寸小小小小、比比比比表表表表面面面面大大大大及及及及量量量量子子子子尺尺尺尺寸寸寸寸效效效效应应应应，使使使使之之之之具具具具有有有有常常常常规规规规粗粗粗粗晶晶晶晶材材材材料料料料不不不不具具具具备备备备的的的的特特特特殊殊殊殊性性性性能能能能，在在在在光光光光吸吸吸吸收收收收、敏敏敏敏感感感感、催催催催化化化化及及及及其其其其它它它它功功功功能能能能特特特特性性性性等等等等方方方方面面面面展展展展现现现现出出出出引人注目的应用前景。引人注目的应用前景。引人注目的应用前景。引人注目的应用前景。前前 言言第1页/共358页第二页，编辑于星期二：六点 二十九分。vv早早早早在在在在186118
4、61年年年年，随随随随着着着着胶胶胶胶体体体体化化化化学学学学的的的的建建建建立立立立，科科科科学学学学家家家家就就就就开开开开始始始始对对对对直直直直径径径径为为为为1 1100nm100nm的的的的粒子的体系进行研究。粒子的体系进行研究。粒子的体系进行研究。粒子的体系进行研究。vv真真真真正正正正有有有有意意意意识识识识地地地地研研研研究究究究纳纳纳纳米米米米粒粒粒粒子子子子可可可可追追追追溯溯溯溯到到到到3030年年年年代代代代的的的的日日日日本本本本，当当当当时时时时为为为为了了了了军军军军事事事事需需需需要要要要而而而而开开开开展展展展了了了了“沉沉沉沉烟烟烟烟试试试试验验验验”，但
5、但但但受受受受到到到到实实实实验验验验水水水水平平平平和和和和条条条条件件件件限限限限制制制制，虽虽虽虽用用用用真空蒸发法制成世界上第一批超微铅粉，但其光吸收性能很不稳定。真空蒸发法制成世界上第一批超微铅粉，但其光吸收性能很不稳定。真空蒸发法制成世界上第一批超微铅粉，但其光吸收性能很不稳定。真空蒸发法制成世界上第一批超微铅粉，但其光吸收性能很不稳定。vv直到本世纪直到本世纪直到本世纪直到本世纪6060年代人们才开始对分立的纳米粒子进行研究。年代人们才开始对分立的纳米粒子进行研究。年代人们才开始对分立的纳米粒子进行研究。年代人们才开始对分立的纳米粒子进行研究。vv19631963年年年年，Uye
6、daUyeda用用用用气气气气体体体体蒸蒸蒸蒸发发发发冷冷冷冷凝凝凝凝法法法法制制制制得得得得金金金金属属属属纳纳纳纳米米米米微微微微粒粒粒粒，对对对对其其其其形形形形貌貌貌貌和和和和晶晶晶晶体体体体结结结结构构构构进行了电镜和电子衍射研究。进行了电镜和电子衍射研究。进行了电镜和电子衍射研究。进行了电镜和电子衍射研究。vv19841984年年年年，德德德德国国国国的的的的H.H.GleiterGleiter等等等等人人人人将将将将气气气气体体体体蒸蒸蒸蒸发发发发冷冷冷冷凝凝凝凝获获获获得得得得的的的的纳纳纳纳米米米米铁铁铁铁粒粒粒粒子子子子，在在在在真真真真空空空空下下下下原原原原位位位位压压
7、压压制制制制成成成成纳纳纳纳米米米米固固固固体体体体材材材材料料料料，使使使使纳纳纳纳米米米米材材材材料料料料研研研研究究究究成成成成为为为为材材材材料料料料科学中的热点。科学中的热点。科学中的热点。科学中的热点。第2页/共358页第三页，编辑于星期二：六点 二十九分。vv国国国国际际际际上上上上发发发发达达达达国国国国家家家家对对对对这这这这一一一一新新新新的的的的纳纳纳纳米米米米材材材材料料料料研研研研究究究究领领领领域域域域极极极极为为为为重重重重视视视视，日日日日本本本本的的的的纳纳纳纳米米米米材材材材料料料料的的的的研研研研究究究究经经经经历历历历了了了了二二二二个个个个七七七七年年
8、年年计计计计划划划划，已已已已形形形形成成成成二二二二个个个个纳纳纳纳米米米米材材材材料料料料研研研研究究究究制制制制备备备备中中中中心心心心。德德德德国国国国也也也也在在在在AusburgAusburg建建建建立立立立了了了了纳纳纳纳米米米米材材材材料料料料制制制制备备备备中中中中心心心心，发发发发展展展展纳纳纳纳米米米米复复复复合合合合材材材材料料料料和和和和金金金金属属属属氧氧氧氧化化化化物物物物纳纳纳纳米米米米材材材材料料料料。19921992年年年年，美美美美国国国国将将将将纳纳纳纳米米米米材材材材料料料料列列列列入入入入“先先先先进进进进材材材材料料料料与与与与加加加加工工工工总总
9、总总统统统统计计计计划划划划”，将将将将用用用用于于于于此此此此项项项项目目目目的的的的研研研研究究究究经经经经费费费费增增增增加加加加1010，增增增增加加加加资资资资金金金金1.631.63亿亿亿亿美美美美元元元元。美美美美国国国国IllinoisIllinois大大大大学学学学和和和和纳纳纳纳米米米米技技技技术术术术公公公公司司司司建建建建立立立立了了了了纳纳纳纳米米米米材材材材料料料料制制制制备备备备基地。基地。基地。基地。vv我我我我国国国国近近近近年年年年来来来来在在在在纳纳纳纳米米米米材材材材料料料料的的的的制制制制备备备备、表表表表征征征征、性性性性能能能能及及及及理理理理论论
10、论论研研研研究究究究方方方方面面面面取取取取得得得得了了了了国国国国际际际际水水水水平平平平的的的的创创创创新新新新成成成成果果果果，已已已已形形形形成成成成一一一一些些些些具具具具有有有有物物物物色色色色的的的的研研研研究究究究集集集集体体体体和和和和研研研研究究究究基基基基地地地地，在在在在国国国国际际际际纳纳纳纳米米米米材材材材料料料料研研研研究究究究领领领领域域域域占占占占有有有有一一一一席席席席之之之之地地地地。在在在在纳纳纳纳米米米米制制制制备备备备科科科科学学学学中中中中纳纳纳纳米米米米粉粉粉粉体体体体的的的的制制制制备备备备由由由由于于于于其其其其显显显显著著著著的的的的应应应
11、应用前景发展得较快。用前景发展得较快。用前景发展得较快。用前景发展得较快。第3页/共358页第四页，编辑于星期二：六点 二十九分。纳米材料的制备纳米材料的制备纳米材料的制备纳米材料的制备纳纳纳纳米米米米材材材材料料料料的的的的合合合合成成成成与与与与制制制制备备备备一一一一直直直直是是是是纳纳纳纳米米米米科科科科学学学学领领领领域域域域的的的的一一一一个个个个重重重重要要要要研研研研究究究究课课课课题题题题，新新新新材材材材料料料料制制制制备备备备工工工工艺艺艺艺过过过过程程程程的的的的研研研研究究究究与与与与控控控控制制制制对对对对纳纳纳纳米米米米材材材材料料料料的的的的微微微微观观观观结结
12、结结构构构构和和和和性性性性能能能能具具具具有有有有重重重重要要要要的的的的影影影影响响响响。在在在在所所所所有有有有纳纳纳纳米米米米材材材材料料料料的的的的制制制制备备备备方方方方法法法法中中中中，最最最最终终终终目目目目的的的的是是是是所所所所制制制制得得得得的的的的纳纳纳纳米米米米颗颗颗颗粒粒粒粒具具具具有有有有均均均均一一一一的的的的大大大大小小小小和和和和形形形形状状状状。理理理理论论论论上上上上，任任任任何何何何能能能能够够够够制制制制备备备备出出出出无无无无定定定定型型型型超超超超微微微微粒粒粒粒子子子子和和和和精精精精细细细细结结结结晶晶晶晶的的的的方方方方法法法法都都都都可可
13、可可以以以以用用用用来来来来制制制制备备备备纳纳纳纳米米米米材材材材料料料料。如如如如果果果果涉涉涉涉及及及及了了了了相相相相转转转转移移移移（例例例例如如如如，气气气气相相相相到到到到固固固固相相相相），则则则则要要要要采采采采取取取取增增增增加加加加成成成成核核核核以以以以及及及及降降降降低低低低在在在在形形形形成成成成产产产产品品品品相相相相过过过过程程程程中中中中颗颗颗颗粒粒粒粒的的的的增增增增长长长长速速速速率率率率的的的的步步步步骤骤骤骤，从从从从而而而而获获获获得得得得纳纳纳纳米米米米颗颗颗颗粒粒粒粒。一一一一旦旦旦旦形形形形成成成成了了了了纳纳纳纳米米米米颗颗颗颗粒粒粒粒，则则
14、则则要要要要防防防防止止止止其其其其团团团团聚聚聚聚和和和和聚聚聚聚结结结结。此此此此外外外外，许许许许多多多多方方方方法法法法合合合合成成成成制制制制备备备备出出出出的的的的纳纳纳纳米米米米材材材材料料料料都都都都是是是是结结结结构构构构松松松松散散散散、易易易易团团团团聚聚聚聚的的的的纳纳纳纳米米米米超超超超细细细细微微微微粒粒粒粒，这这这这样样样样只只只只可可可可得得得得到到到到纳纳纳纳米米米米粉粉粉粉体体体体。如如如如果果果果要要要要获获获获得得得得纳纳纳纳米米米米固固固固体体体体材材材材料料料料，须须须须将将将将纳纳纳纳米米米米颗颗颗颗粒粒粒粒压压压压实实实实才才才才可可可可得得得得
15、到致密的块材。因此，材料的压制工艺也是纳米制备技术的重要部分。到致密的块材。因此，材料的压制工艺也是纳米制备技术的重要部分。到致密的块材。因此，材料的压制工艺也是纳米制备技术的重要部分。到致密的块材。因此，材料的压制工艺也是纳米制备技术的重要部分。第4页/共358页第五页，编辑于星期二：六点 二十九分。6 6/372/372根根根根据据据据制制制制备备备备状状状状态态态态的的的的不不不不同同同同，制制制制备备备备纳纳纳纳米米米米微微微微粒粒粒粒的的的的方方方方法法法法可可可可以以以以分分分分为为为为气气气气相相相相法法法法、液相法和固相法等液相法和固相法等液相法和固相法等液相法和固相法等;根根
16、根根据据据据是是是是否否否否发发发发生生生生化化化化学学学学反反反反应应应应，纳纳纳纳米米米米微微微微粒粒粒粒的的的的制制制制备备备备方方方方法法法法通通通通常常常常分分分分为为为为三三三三大大大大类类类类：化化化化学学学学方方方方法法法法、化化化化学学学学物物物物理理理理法法法法及及及及物物物物理理理理法法法法；或或或或者者者者：化学方法、物理法及其它。化学方法、物理法及其它。化学方法、物理法及其它。化学方法、物理法及其它。按反应物状态分为干法和湿法。按反应物状态分为干法和湿法。按反应物状态分为干法和湿法。按反应物状态分为干法和湿法。大大大大部部部部分分分分方方方方法法法法具具具具有有有有粒
17、粒粒粒径径径径均均均均匀匀匀匀，粒粒粒粒度度度度可可可可控控控控，操操操操作作作作简简简简单单单单等等等等优优优优点点点点；有有有有的的的的也也也也存存存存在在在在可可可可生生生生产产产产材材材材料料料料范范范范围围围围较较较较窄窄窄窄，反反反反应应应应条条条条件件件件较较较较苛苛苛苛刻刻刻刻，如如如如高高高高温温温温高高高高压压压压、真空等缺点真空等缺点真空等缺点真空等缺点。纳米微粒的制备方法分类纳米微粒的制备方法分类第5页/共358页第六页，编辑于星期二：六点 二十九分。7 7/372/372纳纳米米粒粒子子制制备备方方法法气相法气相法液相法液相法沉淀法沉淀法水热法水热法溶胶凝胶法溶胶凝胶
18、法冷冻干燥法冷冻干燥法喷雾法喷雾法气体冷凝法气体冷凝法氢电弧等离子体法氢电弧等离子体法溅射法溅射法真空沉积法真空沉积法加热蒸发法加热蒸发法混合等离子体法混合等离子体法共沉淀法共沉淀法化合物沉淀法化合物沉淀法水解沉淀法水解沉淀法纳纳米米粒粒子子合合成成方方法法分分类类固相法固相法粉碎法粉碎法干式粉碎干式粉碎湿式粉碎湿式粉碎化学气相反应法化学气相反应法气相分解法气相分解法气相合成法气相合成法气固反应法气固反应法物理气相法物理气相法热分解法热分解法其它方法其它方法固相反应法固相反应法第6页/共358页第七页，编辑于星期二：六点 二十九分。8 8/372/372纳纳米米粒粒子子制制备备方方法法物理法物
19、理法化学法化学法粉碎法粉碎法构筑法构筑法沉淀法沉淀法水热法水热法溶胶凝胶法溶胶凝胶法冷冻干燥法冷冻干燥法喷雾法喷雾法干式粉碎干式粉碎湿式粉碎湿式粉碎气体冷凝法气体冷凝法溅射法溅射法氢电弧等离子体法氢电弧等离子体法共沉淀法共沉淀法均相沉淀法均相沉淀法水解沉淀法水解沉淀法纳纳米米粒粒子子合合成成方方法法分分类类气相反应法气相反应法液相反应法液相反应法气相分解法气相分解法气相合成法气相合成法气固反应法气固反应法化学物理法化学物理法(如反应性球磨法如反应性球磨法)第7页/共358页第八页，编辑于星期二：六点 二十九分。9 9/372/372第一部分：纳米颗粒合成及其生长机理第一部分：纳米颗粒合成及其生
20、长机理第8页/共358页第九页，编辑于星期二：六点 二十九分。1010/372/3721 1、气相法制备纳米微粒、气相法制备纳米微粒定定义义：气气相相法法指指直直接接利利用用气气体体或或者者通通过过各各种种手手段段将将物物质质变变为为气气体体，使使之之在在气气体体状状态态下下发发生生物物理理变变化化或或化化学学反反应应，最最后后在在冷冷却却过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法。过程中凝聚长大形成纳米微粒的方法。气气相相法法的的分分类类：主主要要分分为为气气体体中中蒸蒸发发法法，溅溅射射法法、化化学学气气相相反反应应法法，化化学学气气相相凝凝聚聚法法。其其其其中中中中前前前前两两两两种种种种属属属属
21、于于于于物物物物理理理理气气气气相相相相沉沉沉沉积积积积，后两种方法属于化学气相沉积后两种方法属于化学气相沉积后两种方法属于化学气相沉积后两种方法属于化学气相沉积 （这些方法将在后面详细介绍）。（这些方法将在后面详细介绍）。（这些方法将在后面详细介绍）。（这些方法将在后面详细介绍）。依制备状态不同而划分的制备方法依制备状态不同而划分的制备方法第9页/共358页第十页，编辑于星期二：六点 二十九分。1111/372/372n n气相法合成过程气相法合成过程气相法合成过程气相法合成过程:1)1)1)1)源源源源原原原原子子子子形形形形成成成成：蒸蒸蒸蒸发发发发、溅溅溅溅射射射射、激激激激光光光光等
22、等等等能能能能量量量量源源源源的的的的赋赋赋赋能能能能作作作作用用用用，产生高密度的蒸气（源原子）。产生高密度的蒸气（源原子）。产生高密度的蒸气（源原子）。产生高密度的蒸气（源原子）。2)2)2)2)粒粒粒粒子子子子成成成成核核核核：引引引引入入入入载载载载气气气气（如如如如惰惰惰惰性性性性气气气气体体体体或或或或加加加加入入入入反反反反应应应应气气气气体体体体O2O2O2O2、N2N2N2N2等等等等），通通通通过过过过气气气气相相相相粒粒粒粒子子子子的的的的碰碰碰碰撞撞撞撞来来来来限限限限制制制制自自自自由由由由程程程程、提提提提高高高高过过过过饱饱饱饱和度、促进成核。和度、促进成核。和度
23、、促进成核。和度、促进成核。3)3)3)3)粒粒粒粒子子子子长长长长大大大大：碰碰碰碰撞撞撞撞还还还还可可可可以以以以吸吸吸吸收收收收热热热热量量量量、冷冷冷冷却却却却原原原原子子子子，使使使使粒粒粒粒子间相互碰撞、微粒长大。子间相互碰撞、微粒长大。子间相互碰撞、微粒长大。子间相互碰撞、微粒长大。第10页/共358页第十一页，编辑于星期二：六点 二十九分。1212/372/372n n气相成核机制：气相成核机制：气相成核机制：气相成核机制：1)1)1)1)蒸蒸蒸蒸气气气气的的的的异异异异相相相相成成成成核核核核：以以以以进进进进入入入入蒸蒸蒸蒸气气气气中中中中的的的的外外外外来来来来离离离离子
24、子子子、粒粒粒粒子子子子等等等等杂杂杂杂质质质质或或或或固固固固体体体体上上上上的的的的台台台台阶阶阶阶等等等等缺缺缺缺陷陷陷陷成成成成核核核核中中中中心心心心，进进进进行行行行微微微微粒粒粒粒的的的的形形形形核及长大。核及长大。核及长大。核及长大。2)2)2)2)蒸蒸蒸蒸气气气气的的的的均均均均相相相相成成成成核核核核：无无无无任任任任何何何何外外外外来来来来杂杂杂杂质质质质或或或或缺缺缺缺陷陷陷陷的的的的参参参参与与与与，过过过过饱饱饱饱和和和和蒸蒸蒸蒸气气气气中中中中的的的的原原原原子子子子因因因因相相相相互互互互碰碰碰碰撞撞撞撞而而而而失失失失去去去去动动动动力力力力，由由由由于于于于
25、在在在在局局局局部部部部范范范范围围围围内内内内温温温温度度度度的的的的不不不不均均均均匀匀匀匀和和和和物物物物质质质质浓浓浓浓度度度度的的的的波波波波动动动动，在在在在小小小小范范范范围围围围内内内内开开开开始始始始聚聚聚聚集集集集成成成成小小小小核核核核。当当当当小小小小核核核核半半半半径径径径大大大大于于于于临临临临界界界界半半半半径径径径r r r r。时时时时就就就就可可可可以以以以不不不不断断断断先先先先后后后后撞撞撞撞击击击击到到到到其其其其表表表表面面面面的的的的其其其其他他他他原子、继续长大，最终形成微粒。原子、继续长大，最终形成微粒。原子、继续长大，最终形成微粒。原子、继续
26、长大，最终形成微粒。第11页/共358页第十二页，编辑于星期二：六点 二十九分。1313/372/372n n气相法的特点和优势，主要包括气相法的特点和优势，主要包括气相法的特点和优势，主要包括气相法的特点和优势，主要包括:表面清洁表面清洁表面清洁表面清洁;粒度整齐，粒径分布窄粒度整齐，粒径分布窄粒度整齐，粒径分布窄粒度整齐，粒径分布窄;粒度容易控制粒度容易控制粒度容易控制粒度容易控制;颗粒分散性好；颗粒分散性好；颗粒分散性好；颗粒分散性好；通通通通过过过过控控控控制制制制可可可可以以以以制制制制备备备备出出出出液液液液相相相相法法法法难难难难以以以以制制制制得得得得的的的的金金金金属属属属碳
27、碳碳碳化化化化物物物物、氮氮氮氮化化化化物物物物、硼化物等非氧化物超微粉。硼化物等非氧化物超微粉。硼化物等非氧化物超微粉。硼化物等非氧化物超微粉。第12页/共358页第十三页，编辑于星期二：六点 二十九分。1414/372/372气相法中的加热方式通常有以下几种：气相法中的加热方式通常有以下几种：气相法中的加热方式通常有以下几种：气相法中的加热方式通常有以下几种：1)电阻加热：电阻加热：利用电阻丝发热体加热利用电阻丝发热体加热利用电阻丝发热体加热利用电阻丝发热体加热2)高频感应加热：高频感应加热：方便融化金属方便融化金属方便融化金属方便融化金属3)电子束加热；电子束加热；高真空中使用，功率大高
28、真空中使用，功率大高真空中使用，功率大高真空中使用，功率大4)激光加热：激光加热：加热源可放在系统外加热源可放在系统外加热源可放在系统外加热源可放在系统外5)微微波波加加热热：加加热热速速度度快快；均均匀匀加加热热；节节能能高高效效；易易于于控控制；选择性加热制；选择性加热6)电电弧弧（等等离离子子）加加热热：含含含含直直直直流流流流电电电电弧弧弧弧等等等等离离离离子子子子体体体体和和和和射射射射频频频频等等等等离离离离子子子子体，加热过程中无电极物质进入，颗粒纯度高体，加热过程中无电极物质进入，颗粒纯度高体，加热过程中无电极物质进入，颗粒纯度高体，加热过程中无电极物质进入，颗粒纯度高第13页
29、/共358页第十四页，编辑于星期二：六点 二十九分。1515/372/3721)1)电阻加热电阻加热电阻加热电阻加热(电阻丝电阻丝电阻丝电阻丝)使使用用螺螺旋旋纤纤维维或或者者舟舟状状的电阻发热体的电阻发热体关于加热方式关于加热方式不同的加热方法制备出的超微粒的量、品种、粒径大小及分布等存不同的加热方法制备出的超微粒的量、品种、粒径大小及分布等存在一些差别：在一些差别：第14页/共358页第十五页，编辑于星期二：六点 二十九分。1616/372/372加热材料：加热材料：金金属属类类：如如铬铬镍镍系系，铁铁铬铬系系，温温度度可可达达1300;钼钼，钨钨，铂，温度可达铂，温度可达1800;非非金
30、金属属类类：SiC(1500)，石石墨墨棒棒(3000)，MoSi2(1700)。有两种情况不能使用这种方法进行加热和蒸发：有两种情况不能使用这种方法进行加热和蒸发：两种材料两种材料(发热体与蒸发原料发热体与蒸发原料)在高温熔融后形成合金在高温熔融后形成合金蒸发原料的蒸发温度高于发热体的软化温度蒸发原料的蒸发温度高于发热体的软化温度目目前前使使用用这这一一方方法法主主要要是是进进行行Ag、Al、Cu、Au等等低熔点金属的蒸发低熔点金属的蒸发第15页/共358页第十六页，编辑于星期二：六点 二十九分。1717/372/372 改改改改进进进进：电电电电阻阻阻阻发发发发热热热热体体体体是是是是用用
31、用用AlAl2 2OO3 3等等等等耐耐耐耐火火火火材材材材料料料料将将将将钨钨钨钨丝丝丝丝进进进进行行行行包包包包覆覆覆覆，熔熔熔熔化化化化了了了了的的的的蒸蒸蒸蒸发发发发材材材材料料料料不不不不与与与与高高高高温温温温发发发发热热热热体体体体直直直直接接接接接接接接触触触触，可可可可以以以以用用用用于于于于熔点较高的金属的蒸发：熔点较高的金属的蒸发：熔点较高的金属的蒸发：熔点较高的金属的蒸发：Fe,NiFe,Ni等等等等(熔点熔点熔点熔点15001500 C)C)。由于产量小，该法通常用于研究由于产量小，该法通常用于研究由于产量小，该法通常用于研究由于产量小，该法通常用于研究第16页/共3
32、58页第十七页，编辑于星期二：六点 二十九分。1818/372/3722)高频感应加热高频感应加热：电磁感应现象产生的热来加热。类似于变压器的热损耗。电磁感应现象产生的热来加热。类似于变压器的热损耗。高高频频感感应应加加热热是是利利用用金金属属和和磁磁性性材材料料在在高高频频交交变变电电磁磁场场中中存存在在涡涡流流损损耗耗和和磁磁滞滞损损耗耗，因因而而实实现现对对金金属属和和铁铁磁磁性性性性材材料料工工件件内内部部直直接加热。接加热。第17页/共358页第十八页，编辑于星期二：六点 二十九分。1919/372/372涡涡流流损损耗耗(eddy losses)：根根据据法法拉拉第第电电磁磁感感应
33、应定定律律，金金属属、合合金金或或磁磁性性材材料料在在非非均均匀匀磁磁场场中中移移动动或或处处在在随随时时间间变变化化的的磁磁场场中中时时，在在材材料料内内部部会会感感应应出出电电动动势势，从从而而感感生生出出感感应应电电流流。由由于于这这种种电电流流的的流流线线在在垂垂直直于于磁磁场场方方向向的的截截面面上上，呈呈现现出出一一圈圈圈圈平平行行的的闭闭合合旋旋涡涡形形状状，因因此此叫叫做做涡涡流流（又又称称傅傅科科电电流流）。涡涡流流在在材材料内部流动，会导致材料发热而消耗能量，称为涡流损耗。料内部流动，会导致材料发热而消耗能量，称为涡流损耗。磁磁滞滞损损耗耗(hysteresis losse
34、s)：在在交交变变磁磁场场作作用用下下，磁磁性性材材料料由由于于存存在在不不可可逆逆磁磁化化过过程程造造成成磁磁感感应应强强度度落落后后于于磁磁场场强强度度的的变变化化，从从而而将将损损失失一一部部分分能能量量，或或者者是是铁铁铁铁磁磁磁磁性性性性物物物物质质质质在在在在反反反反复复复复磁磁磁磁化化化化过过过过程程程程中中中中，磁磁磁磁畴畴畴畴反反反反复复复复转转转转向向向向，要要要要消消消消耗耗耗耗能能能能量量量量，或或或或者者者者是是是是人人人人工工工工磁磁磁磁体体体体受受受受外外外外部部部部交交交交变变变变磁磁磁磁场场场场的的的的影影影影响响响响，其其其其内内内内部部部部的的的的分分分分
35、子子子子的的的的重重重重新新新新排排排排列列列列需需需需要要要要消耗一些能量。这部分能量将转变为热能而耗散，称为磁滞损耗。消耗一些能量。这部分能量将转变为热能而耗散，称为磁滞损耗。消耗一些能量。这部分能量将转变为热能而耗散，称为磁滞损耗。消耗一些能量。这部分能量将转变为热能而耗散，称为磁滞损耗。通通常常，在在磁磁场场较较强强和和频频率率较较高高时时，磁磁滞滞损损耗耗往往往往和和涡涡流流损损耗耗互互有影响，不易分离有影响，不易分离。第18页/共358页第十九页，编辑于星期二：六点 二十九分。2020/372/372高频感应加热高频感应加热高频感应加热高频感应加热优点：优点：优点：优点：不不不不存
36、存存存在在在在加加加加热热热热元元元元件件件件的的的的能能能能量量量量转转转转换换换换（电电电电热热热热）过过过过程而无转换效率低的问题；程而无转换效率低的问题；程而无转换效率低的问题；程而无转换效率低的问题；加热电源与工件不接触加热电源与工件不接触加热电源与工件不接触加热电源与工件不接触，因而无传导损耗；，因而无传导损耗；，因而无传导损耗；，因而无传导损耗；加加加加热热热热电电电电源源源源的的的的感感感感应应应应线线线线圈圈圈圈自自自自身身身身发发发发热热热热量量量量极极极极低低低低，不不不不会因过热毁损线圈，会因过热毁损线圈，会因过热毁损线圈，会因过热毁损线圈，工作寿命长；工作寿命长；工作
37、寿命长；工作寿命长；加热温度均匀，加热迅速、工作效率高。加热温度均匀，加热迅速、工作效率高。加热温度均匀，加热迅速、工作效率高。加热温度均匀，加热迅速、工作效率高。第19页/共358页第二十页，编辑于星期二：六点 二十九分。2121/372/372n n采采采采用用用用高高高高频频频频感感感感应应应应加加加加热热热热蒸蒸蒸蒸发发发发法法法法制制制制备备备备纳纳纳纳米米米米粒粒粒粒子子子子的的的的优点：优点：优点：优点：n n高高高高频频频频感感感感应应应应引引引引起起起起熔熔熔熔体体体体发发发发生生生生由由由由坩坩坩坩埚埚埚埚的的的的中中中中心心心心部部部部分分分分向向向向上上上上、向向向向下
38、下下下以以以以及及及及向向向向边边边边缘缘缘缘部部部部分分分分的的的的流流流流动动动动，温温温温度度度度保保保保持持持持相相相相对对对对均均均均匀匀匀匀恒恒恒恒定定定定，熔熔熔熔体体体体内内内内合金合金合金合金均匀性好。均匀性好。均匀性好。均匀性好。n n粒粒粒粒子子子子粒粒粒粒径径径径比比比比较较较较均均均均匀匀匀匀、产产产产量量量量大大大大，可可可可以以以以长长长长时时时时间以恒定功率运转，便于工业化生产等。间以恒定功率运转，便于工业化生产等。间以恒定功率运转，便于工业化生产等。间以恒定功率运转，便于工业化生产等。缺缺缺缺点点点点是是是是：高高高高熔熔熔熔点点点点低低低低蒸蒸蒸蒸气气气气压
39、压压压物物物物质质质质的的的的纳纳纳纳米米米米微微微微粒粒粒粒(如：如：如：如：WW、TaTa、MoMo等等等等)很难制备。很难制备。很难制备。很难制备。第20页/共358页第二十一页，编辑于星期二：六点 二十九分。2222/372/3723)激光加热激光加热：q将将具具有有很很高高亮亮度度的的激激光光束束经经透透镜镜聚聚焦焦后后，能能在在焦焦点点附附近近产产生生数数千千度度乃乃至至上上万万度度的的高高温温，此此高高温温几几乎乎可可以融化掉所有的材料。以融化掉所有的材料。激激激激光光光光能能能能在在在在1010-8-8秒秒秒秒内内内内对对对对任任任任何何何何金金金金属属属属都都都都能能能能产产
40、产产生生生生高高高高密密密密度度度度蒸蒸蒸蒸气气气气，能产生一种定向的高速蒸气流。能产生一种定向的高速蒸气流。能产生一种定向的高速蒸气流。能产生一种定向的高速蒸气流。第21页/共358页第二十二页，编辑于星期二：六点 二十九分。2323/372/372物物理理法法：当当激激光光照照射射到到靶靶材材表表面面时时，一一部部分分入入射射光光反反射射，一一部部分分入入射射光光被被吸吸收收，一一旦旦表表面面吸吸收收的的激激光光能能量量超超过过蒸蒸发发温温度度，靶靶材材就就会会融融化化蒸蒸发发出出大大量量原原子子、电电子子和和离离子子，从从而而在在靶靶材材表表面面形形成成一一个个等等离离子子体体。等等脉脉
41、冲冲激激光光移移走走后后，等等离离子子体体会会先先膨膨胀胀后后迅迅速速冷冷却却，其其中中的的原原子子在在靶靶对对面面的的收收集集器器上上凝凝结结起起来来，就就能能获获得所需的薄膜和纳米材料得所需的薄膜和纳米材料用于纳米材料制备的原理：用于纳米材料制备的原理：第22页/共358页第二十三页，编辑于星期二：六点 二十九分。2424/372/372n n化化化化学学学学法法法法：利利利利用用用用大大大大功功功功率率率率激激激激光光光光器器器器的的的的激激激激光光光光束束束束照照照照射射射射于于于于反反反反应应应应物物物物，反反反反应应应应物物物物分分分分子子子子或或或或原原原原子子子子对对对对入入入
42、入射射射射激激激激光光光光光光光光子子子子的的的的强强强强吸吸吸吸收收收收，在在在在瞬瞬瞬瞬间间间间得得得得到到到到加加加加热热热热、活活活活化化化化，在在在在极极极极短短短短的的的的时时时时间间间间内内内内反反反反应应应应分分分分子子子子或或或或原原原原子子子子获获获获得得得得化化化化学学学学反反反反应应应应所所所所需需需需要要要要的的的的温温温温度度度度后后后后，迅迅迅迅速速速速完完完完成成成成反反反反应应应应、成成成成核核核核凝凝凝凝聚聚聚聚、生生生生长长长长等等等等过过过过程程程程，从从从从而而而而制制制制得得得得相相相相应应应应物质的纳米微粒。物质的纳米微粒。物质的纳米微粒。物质的纳
43、米微粒。第23页/共358页第二十四页，编辑于星期二：六点 二十九分。2525/372/372 激光加热蒸发法制备纳米粒子的优点激光加热蒸发法制备纳米粒子的优点激光加热蒸发法制备纳米粒子的优点激光加热蒸发法制备纳米粒子的优点：激激光光光光源源设设置置在在蒸蒸发发系系统统外外部部，不不会会受受蒸蒸发发物物质质的的污染；污染；激激光光束束能能量量高高度度集集中中，周周围围环环境境温温度度梯梯度度大大，有有利利于于纳米粒子的快速凝聚。纳米粒子的快速凝聚。调节蒸发区的气氛压力，可以控制纳米粒子的粒径。调节蒸发区的气氛压力，可以控制纳米粒子的粒径。适适合合于于制制备备各各类类高高熔熔点点的的金金属属纳纳
44、米米粒粒子子。Fe,Ni，Cr，Ti，Zr，Mo，Ta，W。在在各各种种活活泼泼性性气气体体中中进进行行激激光光照照射射，可可以以制制备备各各种种氧化物、碳化物和氮化物氧化物、碳化物和氮化物等等陶瓷纳米粒子陶瓷纳米粒子。第24页/共358页第二十五页，编辑于星期二：六点 二十九分。2626/372/372利利用用静静电电加加速速器器或或电电子子直直线线加加速速器器得得到到高高能能电电子子束束，在在电电子子透透镜镜聚聚焦焦作作用用下下使使电电子子束束聚聚焦焦于于待待蒸蒸发发物物质质表表面面。受受到到电电子子轰轰击击后后，材材料料获获得能量（通过与电子的碰撞）而被得能量（通过与电子的碰撞）而被加热
45、和蒸发，然后凝聚为纳米粒子。加热和蒸发，然后凝聚为纳米粒子。4)电子束轰击电子束轰击：优优点点：用用电电子子束束作作为为加加热热源源可可以以获获得得很很高高的的能能量量密密度度，特特别别适适合合于于用用来来蒸蒸发发W、Ta、Pt等等高高熔熔点点金金属属，制制备备出出相相应应的的金金属属、氧氧化化物物、碳碳化化物物、氮氮化化物物等等纳纳米粒子。米粒子。缺点：通常在高真空中使用。缺点：通常在高真空中使用。第25页/共358页第二十六页，编辑于星期二：六点 二十九分。2727/372/372微微波波是是频频率率在在300兆兆赫赫到到300千千兆兆赫赫的的电电磁磁波波(波波长长1米米1毫毫米）米）通通
46、常常，介介质质材材料料由由极极性性分分子子或或非非极极性性分分子子组组成成，在在微微波波电电磁磁场场作作用用下下，极极性性分分子子从从原原来来的的热热运运动动状状态态转转向向依依照照电电磁磁场场的的方方向向交交变变而而排排列列取取向向。产产生生类类似似摩摩擦擦热热，在在这这一一微微观观过过程程中中交交变变电电磁磁场场的的能能量量转转化化为为介介质质内内的的热热能能，使使介介质质温温度出现宏观上的升高度出现宏观上的升高可见微波加热是介质材料自身损耗电磁场能量而发热可见微波加热是介质材料自身损耗电磁场能量而发热5)微波加热微波加热第26页/共358页第二十七页，编辑于星期二：六点 二十九分。282
47、8/372/372n n注注注注意意意意：对对对对于于于于金金金金属属属属材材材材料料料料，电电电电磁磁磁磁场场场场不不不不能能能能透透透透入入入入内内内内部部部部而而而而是是是是被被被被反射出来反射出来反射出来反射出来，所以金属材料不能吸收微波。，所以金属材料不能吸收微波。，所以金属材料不能吸收微波。，所以金属材料不能吸收微波。n n小块金属会发出电火花，注意安全！小块金属会发出电火花，注意安全！小块金属会发出电火花，注意安全！小块金属会发出电火花，注意安全！n n水水水水是是是是吸吸吸吸收收收收微微微微波波波波最最最最好好好好的的的的介介介介质质质质，所所所所以以以以凡凡凡凡含含含含水水水
48、水的的的的物物物物质质质质必必必必定吸收微波。定吸收微波。定吸收微波。定吸收微波。n n特特特特点点点点：加加加加热热热热速速速速度度度度快快快快；均均均均匀匀匀匀加加加加热热热热；节节节节能能能能高高高高效效效效；易易易易于于于于控控控控制；选择性加热。制；选择性加热。制；选择性加热。制；选择性加热。第27页/共358页第二十八页，编辑于星期二：六点 二十九分。2929/372/372n n在在在在两两两两个个个个电电电电极极极极间间间间加加加加一一一一电电电电压压压压，当当当当电电电电源源源源提提提提供供供供较较较较大大大大功功功功率率率率的的的的电电电电能能能能时时时时，若若若若极极极极
49、间间间间电电电电压压压压不不不不高高高高(约约约约几几几几十十十十伏伏伏伏)，两两两两极极极极间间间间气气气气体体体体或或或或金金金金属属属属蒸蒸蒸蒸气气气气中中中中可可可可持持持持续续续续通通通通过过过过较较较较强强强强的的的的电电电电流流流流(几几几几安安安安至至至至几几几几十十十十安安安安)，并并并并发发发发出出出出强强强强烈烈烈烈的的的的光光光光辉辉辉辉，产产产产生生生生高高高高温温温温(几千至上万度几千至上万度几千至上万度几千至上万度)，这就是电弧放电。，这就是电弧放电。，这就是电弧放电。，这就是电弧放电。n n电弧放电最显著的外观特征是明亮的弧光柱和电极斑点。电弧放电最显著的外观特
50、征是明亮的弧光柱和电极斑点。电弧放电最显著的外观特征是明亮的弧光柱和电极斑点。电弧放电最显著的外观特征是明亮的弧光柱和电极斑点。n n电弧放电可分为电弧放电可分为电弧放电可分为电弧放电可分为 3 3个区域：个区域：个区域：个区域：n n阴极区、弧柱和阳极区阴极区、弧柱和阳极区阴极区、弧柱和阳极区阴极区、弧柱和阳极区n n阴极依靠场致电子发射和热电子发射效应发射电子；阴极依靠场致电子发射和热电子发射效应发射电子；阴极依靠场致电子发射和热电子发射效应发射电子；阴极依靠场致电子发射和热电子发射效应发射电子；n n弧弧弧弧柱柱柱柱依依依依靠靠靠靠其其其其中中中中粒粒粒粒子子子子热热热热运运运运动动动动