惰性气体冷凝法制备镁纳米颗粒的工艺及机制.PDF

第44 卷 第1 期 稀有金属材料与工程 Vol.44, No.1 2015 年 1 月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING January 2015 惰性气体冷凝法制备镁纳米颗粒的工艺及机制 王 涵，宋西平，窦娜娜，李如峰，张 蓓 (北京科技大学，北京 100083) 摘 要：以纯度为99.9% 的镁粉为原料，采用惰性气体冷凝法来制备镁纳米颗粒，研究了蒸发温度及沉积位置对镁纳米 颗粒形貌和尺寸的影响。结果表明，蒸发温度为 600 ℃时，在冷阱最前端得到了直径为10~50 nm 的镁纳米颗粒，纳米 颗粒之间相互连接呈链状形态，并且在镁纳米颗粒之间发现了镁纳米线。结果还表明，随着蒸发温度升高，得到的镁 纳米颗粒尺寸增大；随着沉积位置的变化，其镁纳米颗粒尺寸也发生规律性变化。根据气/ 固相变理论及机制，对镁纳 米颗粒的形成过程进行了解释，提出了相应的镁纳米颗粒的形成模型。 关键词：惰性气体冷凝法；镁；纳米颗粒；纳米线 + 中图法分类号：TG 146.2 2 文献标识码：A 文章编号：1002- 185X(2015)0 1-0164-05 纳米材料是一种新型的结构和功能材料，由于其尺 寸小、比表面积大、表面能高及表面原子比例大等特点 Cooling water 而表现出许多不同于块体材料的特性，如小尺寸效应、 Cold trap Copper sheet 量子尺寸效应、宏观量子隧道效应及表面效应等，成为 目前材料科学研究领域的一个热点。 在金属材料领域，纳米金属材料具有许多传统金 属材料无可比拟的优异性能，如高强度、高电阻率以 图1 实验装置示意图 [1-3] Fig.1 Schematic of the evaporation/condensation setup 及良好的塑性变形能力 等，因此受到了广泛关注， 而其制备方法是其研究的一个重要方面。目前纳米金 [4,5] 属材料的制备方法有：机械球磨法 、电解沉积法 是一个 18 cm×2 cm ×1 cm 的不锈钢盒。作为基底的 [6,7] [8] [9] 、磁控溅射法 、化学气相沉积法 、高能粒子辐 铜片长为 18 cm，厚0.3 mm ，固定于不锈钢盒下方。 [10] [11] [12] 射法 、喷雾成型 以及惰性气体冷凝法 等，其中， 18 cm 长的冷却装置等分为A 、B 、C 三区，A 区为冷 惰性气体冷凝法（inert gas condensation, IGC ）以其表 阱装置前端，B 区为冷阱装置中端，C 区为冷阱装置 面清洁、粒径分布均匀、容易控制及适合工业化生产 后端。 等优点最为引人关注。利用该法已成功制备出了纳米 实验前，将约0.6 g 镁粉放入长约6 cm 的瓷舟， [13] [14] [15] 铜 、纳米金 、纳米铁-钴 等纳米材料，但在制 放入石英管中，调节位