??? 納米粉體由于具有小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、表面效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等特點，使其在性能上具有普通材料所不能比擬的優(yōu)越性，如低熔點、低密度、高強(qiáng)度和較好的韌性和高溫抗氧化、抗腐蝕能力以及良好的介電性質(zhì)、聲學(xué)性質(zhì)、光學(xué)穩(wěn)定性等。納米材料在催化劑、高聚乳液、水泥、陶瓷、碳纖維材料、醫(yī)藥以及光電子或微電子器件和火箭推進(jìn)器中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。納米技術(shù)的發(fā)展必將引起材料科學(xué)發(fā)展的一場新的革命，同時也必將為人類提供一種嶄新的生活方式和思維方式。目前，納米材料的開發(fā)和應(yīng)用越來越受到人們的關(guān)注，而目前納米粉體制備的方法更是層出不窮，比較常見制備方法的有氣相法、液相法和固相法以及機(jī)械合金化。激光制備方法作為一種新技術(shù)由于具有一系列特殊的優(yōu)點，自從Haggerty等人在20世紀(jì)80年代首次提出以來得到了迅速發(fā)展，成為材料科學(xué)與凝聚態(tài)物理研究的前沿領(lǐng)域。與其它納米材料的制備方法相比，激光法制備的納米粉體更好的符合Bowen提出的理想粉末的條件，是一種更為理想的納米粉體制備方法。
激光法制備納米粉體技術(shù)的特點
??? 激光是一種受激輻射的特殊光源，加上激光器中諧振腔的作用，使激光具有很好的相干性和方向性，因而激光的穩(wěn)定性很好，聚焦度很高，能產(chǎn)生高能量密度的激光光束。作為加熱源的激光由于自身的特殊性，在制備納米粉體和薄膜具有以下幾個特點：（1）激光光源的輸出端可以置反應(yīng)容器之外，輸出的激光通過反應(yīng)容器上的光鏡后進(jìn)入反應(yīng)室直接與作用物質(zhì)作用，制備過程操作簡便，各種工藝參數(shù)易控制，尤其激光功率大小、功率密度的調(diào)節(jié)比較簡單；（2）反應(yīng)時間短，加熱溫度高，致使加熱與冷卻速度快，這種“冷淬”的效果會抑制形核不會生長過大，易制備納米量級的微粒；（3）激光光束直徑小，作用區(qū)域面積小，反應(yīng)區(qū)可與反應(yīng)器壁隔離，這種無壁反應(yīng)避免了由反應(yīng)壁造成的污染，可制得高純納米粉體；（4）可以制備出高質(zhì)量的納米粉體，制備的納米粉體具有顆粒小、形狀規(guī)則、粒徑分布范圍窄、無嚴(yán)重團(tuán)聚、無粘結(jié)、高純度、表面光潔等特點；（5）適用范圍廣。在普通金屬、非金屬以及氮化物、碳化物、氧化物和復(fù)合材料中已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，由于激光的高能量密度在難熔材料的納米化中更顯示出巨大的優(yōu)越性。
激光法制備納米粉體的原理
??? 激光制備納米粉體的基本方法有激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相沉積法（LICVD）和激光燒蝕法（LAD）。激光誘導(dǎo)制備納米粉體并不是僅僅以激光為加熱源，而是利用激光的誘導(dǎo)作用和作用物質(zhì)對特定激光波長的共振吸收制備出所要求的納米粉體。LICVD制備納米粒子的基本原理是利用反應(yīng)氣體分子(或光敏分子)對特定波長激光的共振吸收，誘導(dǎo)反應(yīng)氣體分子的激光熱解、激光離解(如紫外光解、紅外多光子離解)、激光光敏化等化學(xué)反應(yīng)，在一定工藝條件下(激光功率密度、反應(yīng)池壓力、反應(yīng)氣體配比、流速和反應(yīng)溫度等)反應(yīng)生成物成核和生長，通過控制成核與生長過程，即可獲得納米粒子。將反應(yīng)氣體混合后，經(jīng)噴嘴噴入反應(yīng)室形成高速穩(wěn)定的氣體射流，為防止射流分散并保護(hù)光學(xué)透鏡，通常在噴嘴外加設(shè)同軸保護(hù)氣體。如反應(yīng)物的紅外吸收帶與激光振蕩波波長相匹配，反應(yīng)物將有效吸收激光光子能量，產(chǎn)生能量共振，溫度迅速升高，形成高溫、明亮的反應(yīng)火焰，反應(yīng)物在瞬間發(fā)生分解化合，形核長大。它們在氣流慣性和同軸保護(hù)氣體的作用下，離開反應(yīng)區(qū)后，便快速冷卻并停止生長，最后將獲得的納米粉體收集于收集器中。激光燒蝕法是一個蒸發(fā)、分解合成、冷凝的過程，其基本原理是：將作為原料的耙材置于真空或充滿氬等保護(hù)氣體的反應(yīng)室中，耙材表面經(jīng)激光照射后，與入射的激光束相作用。耙材吸收高能量激光束后迅速升溫、蒸發(fā)形成氣態(tài)。氣態(tài)物質(zhì)可直接冷凝沉積形成納米微粒，氣態(tài)物質(zhì)也可在激光作用下分解后再形成納米微粒。若反應(yīng)室中有反應(yīng)氣體，則蒸發(fā)物可與反應(yīng)氣體發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，經(jīng)過形核生長、冷凝后得到復(fù)合化合物的納米粉體。激光燒蝕法同激光誘導(dǎo)化學(xué)氣相法相比，其生產(chǎn)率更高，使用范圍更廣，并可合成更為細(xì)小的納米粉體。由于激光的特殊作用，激光燒蝕法可制得在平衡態(tài)下不能得到的新相。
??? 激光燒蝕法中，激光主要作用于固體一真空(氣體)界面，隨著對材料性能的新的要求，人們開始嘗試激光燒蝕液一固界面。激光誘導(dǎo)液一固界面反應(yīng)法與誘導(dǎo)固體一真空(氣體)界面原理相似，只是反應(yīng)或保護(hù)環(huán)境由真空或氣體變?yōu)橐后w。首先，激光與液一固界面相互作用形成一個燒蝕區(qū)，再促使正負(fù)粒子、原子、分子以及其它粒子組成的等離子體的形成。等離子體形成后，因處于高溫高壓高密度絕緣膨脹態(tài)四處擴(kuò)散，利用粒子間的相互作用和液體的束縛作用，在液一固界面附近形成納米粉體。由于液體的作用促進(jìn)了等離子體的重新形核生長，此方法在制備那些只有在極端條件下才能制備的亞穩(wěn)態(tài)納米晶具有很大的優(yōu)越性。為拓寬激光在納米粉體制備中的應(yīng)用，可采用激光一感應(yīng)復(fù)合加熱法制備納米粉體。在激光作用之前，先將靶材用高頻感應(yīng)加熱融化并達(dá)到較高溫度，再引入激光作用于靶體。這可使靶體對激光的吸收大為加強(qiáng)，利于提高激光的利用率，并在耙區(qū)附近產(chǎn)生很大的溫度和壓力梯度，有利于提高粉末產(chǎn)率和降低粉體的平均粒徑，故這種復(fù)合加熱方法既具有感應(yīng)加熱制粉的優(yōu)點又兼有激光制粉的優(yōu)點。
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