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喷嘴在纳米材料制备应用

        纳米科学技术上世纪80 年代末刚刚诞生并正在崛起的新科技。它的基本涵义是在纳米尺寸范内认识和改造自然,通过直接操作和安排原子分子创制新的物质。

由于纳米微粒的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等使得它们在磁、光、电、敏感等方面呈现常规材料不具备的特性,因此纳米微粒在磁性材料、电于材料、光学材料、高致密度材料的烧结、催化、传感陶瓷增等方面有广阔的应用前景。正如 20世纪70 年代微米技术一样,纳米技术将成为 21 世纪主导技术。社会发展、经济振兴和国家安全对高科技的需求越来越迫切,元器材的超微化、高密度集成和高空间分辨要求材料尺寸越来越小,性能越来越高,纳米材料将充当重要角色。

目前国内书刊资料中介绍的几十种制备纳米微粒(含纤维、薄膜)方法可分三类:气相法、液相法和高能球磨法。其中液相法包括了三种喷雾法:雾化干燥法、雾化水解法和雾化焙烧法。它们共同的特点是将溶液通过各种物理手段进行雾化获得超微粒子，是一种化学与物理相结合的方法。三种喷雾法是根据雾化和凝聚过程区分的。

1. 喷雾干燥法：将金属盐水溶液送入雾化器，由喷嘴高速喷入干燥室获得金属盐的微粒，收集后进行焙烧成需要的超微粒子。例如将镍、锌、铁的硫酸盐的混合水溶液喷雾，获得了10~20um混合硫酸盐球状粒子，经1073 ~ 1273K 高温焙烧，即可获得200nm 的超微粒子。

2. 雾化水解法：将一种盐的超微粒子，由惰性气体载入含有金属醇盐的蒸汽室，金属醇盐蒸汽附着在超微粒的表面，与水蒸气反应分解后形成氢氧化物微粒，经焙烧后获得氧化物的超细微粒。此法可获得纯度高、分布窄、尺寸可控微粒。例如高纯度氧化铝微粒的制取就采用此法。

3. 雾化焙烧法： 它是将金属盐溶液经压缩空气由窄小喷嘴喷出而雾化成小液滴，雾化室温很高，使金属盐小液滴热解生成超微粒子。例如硝酸铁和硝酸铝混合液采用此法可合成钱、铝夹品石溶剂是水和甲醇的混合液，粒径大小取决于盐的浓度和溶剂浓度，粒径为亚微米级(0.1~1μm)，它们由几十纳米的一次颗粒组成。

喷雾干焙法和雾化焙烧法也统称为喷雾热解法，它已成为目前纳米超微材料制备的主要工艺成功地制备出氧化铁、氧化锌、氧化错等陶瓷微粉并且扩展到多组元复合氧化物等高温超导材料,以及非氧化物粉体。 早期喷雾热解工艺采用精细雾化喷嘴或双流体空气雾化喷嘴，设备简单但粒度较粗且分散。近期采用超声波雾化喷嘴，可以细化雾滴。热解过程可以简单描叙为将各金属盐按制备复合型粉末所需的化学计量比配成前驱体溶液,经雾化器雾化后,由载气带入高温反应炉中,在反应炉中瞬间完成溶剂蒸发、溶质沉淀形成固体颗粒、颗粒干燥、颗粒热分解、烧结成型等一系列的物理化学过程,最后形成超细粉末。利用超声波雾化技术，可以将溶液均匀雾化成微米甚至是纳米级液态颗粒，通过载气将雾化液滴送入高温反应炉中进行热裂解反应。超声喷雾热解法可以制备出比常规热解法更均匀和微细的粉体颗粒。

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