阐发了激光引诱化学气相沉积法和激光烧蚀法制备纳米粉体技能的特色、原理及其装配,论述了激光法纳米粉体系体例备的影响身分,综述了激光技能在纳米粉体系体例备中的利用研究近况,预测了该项技能的成长远景。
纳米粉体因为具备小尺寸效应、量子效应、概况效应、微观量子地道效应等特色,使其在机能上具备普通质料所不能对比的良好性,如低熔点、低密度、高强度和较好的韧性和低温抗氧化、抗腐化本领和精良的介电性子、声学性子、光学不乱性等。纳米质料在催化剂、高聚乳液、水泥、陶瓷、碳纤维质料、医药和光电子或微电子器件和火箭推动器中已获得了遍及的利用⋯。纳米技能的成长势必引发质料迷信成长的一场新的反动,同时也势必为人类供给一种极新的糊口方法和思惟方法[2]。今朝,纳米质料的开辟和利用愈来愈遭到人们的存眷,而今朝纳米粉体系体例备的法子更是层见叠出,比力常见制备法子的有气相法、液相法和固相法和机器合金化。激光制备法子作为一种新技能因为具备一系列特别的长处,自从Haggerty等人在20世纪80年月初次提出以来获得了敏捷成长,成为质料迷信与凝集态物理研究的前沿范畴[3]。与别的纳米质料的制备法子比拟,激光法制备的纳米粉体更好的合适Bowen提出的抱负粉末的前提,是一种更加抱负的纳米粉体系体例备法子。
1激光法制备纳米粉体技能的特色
激光是一种受激辐射的特别光源,加之激光器中谐振腔的感化,使激光具备很好的相干性和标的目的性,因此激光的不乱性很好,聚焦度很高,能发生高能量密度的激光光束。作为加热源的激光因为本身的特别性,在制备纳米粉体和薄膜具备如下几个特色L4.5J:(1)激光光源的输入端可以置反响容器以外,输入的激光经由过程反响容器上的光镜落后入反响室直接与感化物资感化,制备进程操纵简洁,各类工艺参数易节制,特别激光功率巨细、功率密度的调理比力简略;
(2)反响时间短,加热温度高,导致加热与冷却速率快,这类“冷淬”的结果会按捺形核不会发展过大,易制备纳米量级的微粒;(3)激光光束直径小,感化地区面积小,反响区可与反响器壁断绝,这类无壁反响防止了由反响壁酿成的净化,可制得高纯纳米粉体;(4)可以制备出高品质的纳米粉体,制备的纳米粉体具备颗粒小、形状规矩、粒径散布范畴窄、无紧张团圆、无粘结、高纯度、概况光亮等特色;
(5)合用范畴广。在普通金属、非金属和氮化物、碳化物、氧化物和复合质料中已获得了遍及的利用,因为激光的高能量密度在难熔质料的纳米化中更表现出庞大的良好性。
2激光法制备纳米粉体的原理
激光制备纳米粉体的根本法子有激光引诱化学气相沉积法(LICVD)和激光烧蚀法(LAD)。激光
引诱制备纳米粉体其实不是仅仅以激光为加热源,而是操纵激光的引诱感化和感化物资对特定激光波长的共振吸取制备出所请求的纳米粉体J。LICVD制备纳米粒子的根本原理是操纵反响气体份子(或光敏份子)对特定波长激光的共振吸取,引诱反响气体份子的激光热解、激光离解(如紫外光解、红外多光子离解)、激光光敏化等化学反响,在必定工艺前提下(激光功率密度、反响池压力、反响气体配比、流速和反响温度等)反响天生物成核和发展,经由过程节制成核与发展进程,便可得到纳米粒子[。将反响气体夹杂后,经喷嘴喷入反响室构成高速不乱的气体射流,为防备射流分散并庇护光学透镜,凡是在喷嘴外加设同轴庇护气体。如反响物的红外吸取带与激光振荡波波长相立室,反响物将有用吸取激光光子能量,发生能量共振,温度敏捷降低,构成低温、豁亮的反响火焰,反响物在刹时产生分化化合,形核长大。它们在气流惯性和同轴庇护气体的感化下,分开反响区后,便疾速冷却并遏制发展,末了将得到的纳米粉体采集于采集器中]。激光烧蚀法是一个蒸发、分化分解、冷凝的进程,其根本原理是:将作为质料的耙材置于真空或布满氩等庇护气体的反响室中,耙材概况经激光照耀后,与入射的激光束相感化。耙材吸取高能量激光束后敏捷升温、蒸发构成气态。气态物资可直接冷
凝沉积构成纳米微粒,气态物资也可在激光感化下分化后再构成纳米微粒。若反响室中有反响气体,则蒸发物可与反响气体产生化学反响,颠末形核发展、冷凝后获得复合化合物的纳米粉体。激光烧蚀法同激光引诱化学气相法比拟,其出产率更高,使用范畴更广,并可分解更加微小的纳米粉体。因为激光的特别感化,激光烧蚀法可制得在均衡态下不能获得的新相]。
激光烧蚀法中,激光重要感化于固体一真空(气体)界面,跟着对质料机能的新的请求,人们起头测验考试激光烧蚀液一固界面。激光引诱液一固界面反响法与引诱固体一真空(气体)界面原理类似,只是反响或庇护环境由真空或气体变成液体。起首,激光与液一固界面互相感化构成一个烧蚀区,再促使正负粒子、原子、份子和别的粒子构成的等离子体的构成。等离子体构成后,因处于低温高压高。
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