纳米铜粉的制备进展
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纳米铜粉生产工艺嘿,朋友们!今天咱就来唠唠纳米铜粉生产工艺这档子事儿。
你说纳米铜粉,那可真是个神奇的玩意儿啊!就好像是微观世界里的小宝贝。
想象一下,那么小的颗粒,却有着大能量。
要生产纳米铜粉,首先得有合适的原材料吧。
这就好比做饭得有好食材一样。
咱得精挑细选,不能马虎。
然后就是一系列的工艺步骤啦。
有个方法叫物理法,就像是给材料来一场奇妙的旅行。
通过各种手段把大块的材料变成小小的纳米铜粉。
就好像把一个大西瓜变成无数的小西瓜籽儿。
还有化学法呢,这就像是一场神奇的化学反应魔术。
各种试剂在那里变来变去,最后就变出了我们想要的纳米铜粉。
这过程可不简单哦,得掌握好火候,不然可就变不出好东西啦。
在生产过程中,那可得小心翼翼的,就跟照顾小婴儿似的。
温度啦、压力啦、反应时间啦,都得拿捏得死死的。
一个不小心,可能就前功尽弃咯。
你说这多让人揪心啊!而且哦,设备也很重要。
好的设备就像是一把锋利的宝剑,能让我们在生产纳米铜粉的道路上披荆斩棘。
要是设备不给力,那可就麻烦啦,就像战士上战场没带好武器一样。
生产完了还不算完事儿,还得检测呢。
看看这纳米铜粉是不是符合标准,是不是我们想要的那个“小宝贝”。
这就跟考试一样,得及格了才行呀。
总之,纳米铜粉生产工艺可不是一件简单的事儿,那是需要技术、耐心和细心的。
这可不是谁都能随随便便干好的。
咱要是想涉足这个领域,可得好好下功夫,好好钻研。
不然,怎么能生产出高质量的纳米铜粉呢?对吧!这纳米铜粉的未来可是一片光明啊,在各种领域都能大显身手呢。
咱可得抓住这个机会,让纳米铜粉为我们的生活带来更多的惊喜和便利呀!。
电沉积法制备纳米铜粉的研究一、介绍- 研究背景和意义- 研究目的和方法- 相关研究综述二、实验材料和方法- 实验材料介绍- 实验步骤- 实验设备介绍三、实验结果和分析- 纳米铜粉的制备情况- 分析纳米铜粉的结构性质- 分析纳米铜粉的电化学性质四、讨论- 结果解释和分析- 结论- 研究限制五、实验总结和展望- 实验总结- 未来研究方向- 集成实验的应用前景一、介绍电沉积法是一种常用的制备纳米金属粉末的方法。
与传统的物理化学方法相比,电沉积法具有操作简便、制备时间短、重复性好等优点。
尤其是能够控制纳米金属粉末的形貌和尺寸,因此在纳米材料的制备和应用中得到了广泛的应用。
纳米铜粉是一种独特的纳米材料,具有优异的导电、导热和抗氧化性能,可广泛应用于先进电子器件、热电材料和生物医学领域等。
因此,制备纳米铜粉成为了当前研究的热点之一。
本文旨在探究电沉积法制备纳米铜粉的研究。
首先介绍本研究的背景和意义,并明确本文的研究目的和方法。
同时,为了让读者更好理解研究内容,本文概述了相关研究的综述,包括电沉积法制备纳米金属粉的研究现状,以及纳米铜粉的制备方法和应用研究。
在整个文献调研阶段,我们发现,目前许多研究着眼于开发制备单分散、高纯度的纳米铜粉,以满足不同领域应用的需求。
电沉积法通过调控电流密度、电位和沉积时间等因素,可以精细地控制纳米铜粉的形貌和尺寸,并且具有高产率,能够较高效的大规模生产高纯度铜粉。
因此,本文利用电沉积法制备纳米铜粉是一种高效且经济的方法,值得深入研究。
本文主要研究内容是:利用电沉积法制备纳米铜粉,分别调制不同的电流密度,并研究其对纳米铜粉的形貌、尺寸和电化学性能的影响。
目的是探究合适的工艺条件,以获得尽量单分散、高纯度的纳米铜粉。
如果成功制备出高性能的纳米铜粉,可以应用在更多领域,如自行车和汽车零部件、高强度和高耐腐蚀性材料的制备,以及生物医学领域等。
二、实验材料和方法2.1 实验材料本研究所用的铜盐为氯化铜(CuCl2·2H2O),分析纯度为99.9%。
一种纳米铜粉制备方法引言纳米粉末的制备是纳米科技领域中的重要研究课题之一。
纳米铜粉作为一种重要的金属纳米材料,在材料科学、催化剂、能源存储等领域具有广泛的应用。
本文介绍了一种新的纳米铜粉制备方法,通过此方法可以高效、低成本地制备出纳米级别的纯铜粉。
方法本方法采用电沉积的方式制备纳米铜粉。
具体步骤如下:1. 准备电解液:将适量硫酸铜溶解在蒸馏水中,搅拌均匀,得到电解液。
2. 准备电极:将金属铜片作为阴极,将铜网作为阳极。
3. 调节电极间距:将阴极和阳极分别放入电解液中,调节二者间距为适当的距离,以保证电流的正常流动。
4. 电沉积过程:将电解液置于电沉积装置中,通入适度的电流。
通过调节电流密度和沉积时间,控制纳米铜粉的尺寸和形貌。
5. 涂覆防护层:为了防止纳米铜粉在储存和使用过程中氧化,可在纳米铜粉表面涂覆一层防护层,如无机薄膜或有机聚合物。
结果与讨论通过上述制备方法,我们成功制备出了纳米级别的纯铜粉。
实验结果表明,控制电流密度和沉积时间可以精确调控纳米铜粉的尺寸和形貌。
此外,涂覆防护层有助于提高纳米铜粉的稳定性和储存寿命。
相比其他制备方法,本方法具有以下优点:1. 简单易行:制备过程简单,不需要复杂的设备和条件。
2. 成本低廉:采用常见的电解液和金属铜片作为材料,制备成本较低。
3. 控制能力强:可以通过调节电流密度和沉积时间精确控制纳米铜粉的尺寸和形貌。
尽管本方法在纳米铜粉制备方面取得了一定的成果,但仍存在一些待解决的问题和挑战。
例如,如何进一步提高纳米铜粉的制备效率和质量稳定性,以及如何应用于工业生产中的大规模制备等问题,值得进一步研究和探索。
结论本文介绍了一种新的纳米铜粉制备方法,通过电沉积的方式可以高效、低成本地制备出纳米级别的纯铜粉。
该方法具有简单易行、成本低廉和控制能力强等优点,为纳米铜粉的制备提供了一种新的思路。
随着对纳米材料应用的进一步研究和发展,相信这种方法将在纳米科技领域发挥重要作用。
液相还原法制备超细铜粉的研究进展 谭 宁1,温晓云2,郭忠诚1,陈步明1(1.昆明理工大学材料与冶金工程学院,云南 昆明 650093;2.云南铜业集团有限公司,云南 昆明 650051) 摘 要:超细铜粉由于其特殊的性能,因而应用范围很广泛。
其制备的工艺也引起了广泛的关注,其中液相还原法由于其特殊的优点,故研究的较多。
文中阐述了液相还原法制备超细铜粉的工艺的研究进展以及铜粉表面改性的工艺,并提出了问题及对未来的展望。
关键词:超细铜粉;液相还原法;表面改性中图分类号:TG144 文献标识码:A 文章编号:1006-0308(2009)02-0071-04The D evelop m en t of Ultraf i n e Copper PowderPrepara ti on by L i qu i d Pha se Reducti ve ProcessT AN N ing1,W E N Xiao-yun2,G UO Zhong-cheng1,CHEN Bu-m ing1(1.Faculty ofMaterials and Metallurgical Engineering,Kun m ing University of Science and Technol ogy,Kun m ing,Yunnan650093,China;2.Yunnan Copper Gr oup Co.,L td.,Kunm ing,Yunnan650051,China)ABSTRACT:Due t o the excep ti onal perfor mance of the ultrafine power,and thus it has a wide range of app licati on.The p r ocess of ultrafine power p reparati on by liquid phase reductive p r ocess and the copper surface modificati on p r ocess are described,and the issue and the visi on f or the future of the ultrafine copper powder is put for ward.KEY WO R D S:ultrafine copper power;liquid phase reductive p r ocess;the surface modificati on p r ocess超细铜粉由于其特殊的物理、化学性能,目前广泛应用于电学、涂料、催化、医学等领域。
实验 纳米级铜粉的制备一、实验目的1、了解纳米级材料的概念和纳米级材料的制备的基本方法2、掌握液相法化学法制备纳米级金属铜粉的方法3了解扫描电镜的应用二、实验原理()[]+++↑+↑+↓−−→−++∙42324324244u 222NH O H NH N C NH Cu O H H N 加热 三、实验仪器及药品仪器:烧杯多个(250mL 、100mL )、量筒、玻璃棒、布氏漏斗、真空泵、台秤、滴管、水浴锅等药品:水合肼(分析纯)、无水硫酸铜、浓氨水、聚乙烯吡咯烷酮( PVP)、乙醇、丙酮四、实验过程10ml 水合肼 加水 稀释至150ml 转入500ml 的烧杯中 加入4.0g 聚乙烯吡咯烷酮和150ml 的混合液(分散剂) 缓慢滴加250ml0.2mol/lCuSO4和27ml 浓氨水的混合物 保持温度 82o C 温度保持在82~85o C 滴加时间约1个小时,然后保温一个小时 静置一个小时,待反应完毕 倾倒掉上层清夜,减压抽滤 蒸馏水洗涤无水乙醇洗涤 丙醇洗涤 真空干燥 产品五、数据记录及处理1、实验记录m CuSO4.5H2O=12.5gm pvp=6.0gV氨水=27mL铜的实际产值为:m实际=2.7g2、数据处理铜的理论产值为:m=理论产率计算:m实际/m理论)*100%产率=(=(2.7g/3.2g)*100%=84.4%六、结果及其分析本实验所得到的铜的实际m为2.7g,产率为84.4%。
颜色为紫红色,粒度较小。
用硫酸铜为原料,在用水合肼作还原剂和PVP 作保护剂和分散剂的预混体系中进行反应,可以得到粒度分布均匀的纳米级铜粉。
本实验中所得到铜粉粒度较小,颜色为紫红色,颜色很好;产率虽不高,但原因可查。
总的来说,效果很好。
当水合肼用量不足时,硫酸铜并没有被完全还原成铜粉,而是生成了氧化亚铜,得到的溶液和沉淀均为黄色或土褐色;滴加速度和水合肼的浓度过高时,开始生成紫黑色沉淀,滴加混合物和保温过程很关键,如果滴加速度过快会造成铜粉颜色较差,呈紫黑色。
纳米复合铜材料的制备及其性能研究随着科技的不断进步,纳米材料在各个领域得到广泛应用。
纳米复合材料是一种多相材料,在微观上由两种或更多种材料(基体、增强物等)构成。
其中纳米复合铜材料因其优异的力学、电学和热学属性,在现代工业应用中具有广阔的前景。
本文将介绍纳米复合铜材料的制备及其性能研究。
一、纳米铜粉制备纳米铜粉是制备纳米复合铜材料的关键原料。
纳米铜粉的制备方法主要有机械球磨、电化学沉积、化学还原和溶胶-凝胶法等。
其中,溶胶-凝胶法是一种制备高纯度、均匀分散的纳米铜粉的有效方法。
该方法主要包括溶胶的制备、凝胶的形成、热处理和粉末的后处理四个步骤。
二、纳米复合铜材料制备纳米复合铜材料的制备方法主要有机械合金化、高压堆积、等离子喷涂和烧结等。
其中,机械合金化法是一种较为常用的制备方法,适用于制备复合材料和纳米材料。
该方法主要是通过机械球磨的方式将纳米铜粉与其他材料进行混合制备出复合粉末,并进一步采用加热压制工艺,将其制备成为纳米复合铜材料。
三、纳米复合铜材料性能研究纳米复合铜材料主要具有以下性能:1.力学性能:纳米复合铜材料由于材料界面的增多、晶粒尺寸的减小和较高的强韧化效应,具有优异的强度和韧性。
2.电学性能:纳米复合铜材料的导电性能优异。
由于纳米颗粒的增多和界面的增强作用,使材料内部的电子散射减少,从而提高了材料的导电性。
3.热学性能:纳米复合铜材料具有较高的热导率。
由于纳米颗粒的晶格较小,导致电子在材料内部的迁移有着较短的距离,因而能够更快地传递热量。
此外,界面嵌入的杂质也能够降低材料的热阻。
综上所述,纳米复合铜材料具有独特的力学、电学和热学性能,具有广泛的应用前景。
为了更好地促进纳米复合铜材料的应用,还需要进一步开展材料的基础研究和应用开发。
同时,也需要不断改进制备方法,提高制备效率和材料性能,为环保、新能源和高技术等领域提供更好的材料。
一种纳米铜粉的制备方法,属于金属材料制备技术领域,将铜盐加入到含有还原剂、分散剂和抗氧化剂的溶剂中,搅拌的同时加热升温至100200℃,反应30分钟至200分钟后冷却、洗涤、离心、干燥即得到纳米铜颗粒,通过加入还原剂和抗氧化剂,采用一步还原法,在还原铜纳米颗粒的同时,在铜表面键合一层包覆层,直接制得抗氧化的铜纳米粒子,其粒子粒径尺寸在6090nm,键合的包覆层厚度为410nm,该制备方法克服了传统方法的多步低效,反应产率低,能耗高,无法在空气中制备,不适合工业生产的问题。
技术要求1.一种纳米铜粉的制备方法,其特征在于包含步骤如下:将铜盐加入到含有还原剂、分散剂和抗氧化剂的溶剂中,搅拌的同时加热升温至100-200℃,反应30分钟至200分钟后冷却、洗涤、离心、干燥即得到纳米铜颗粒,其中:溶液中铜盐浓度为0.05-10mol/L,分散剂浓度为10-80g/L,还原剂与铜盐的摩尔比为0.5:1-4:1,抗氧化剂与铜盐的摩尔比为0.1:1-2:1;所述分散剂选自聚乙烯吡咯烷酮、十八烷基胺、三乙醇胺中的一种;所述还原剂选自亚磷酸钠、抗坏血酸、硼氢化钠中的一种;所述溶剂选自二甘醇、氢氧化铵、乙二醇中的一种;所述抗氧化剂选自异丙醇或十八硫醇;所述铜盐选自无水氯化铜、五水合硫酸铜、一水醋酸铜、草酸铜、硝酸铜中的一种。
2.根据权利要求1所述的一种纳米铜粉的制备方法,其特征在于抗坏血酸为L(+)-抗坏血酸。
3.根据权利要求1所述的一种纳米铜粉的制备方法,其特征在于溶液中分散剂的浓度为40-50g/L。
4.根据权利要求1所述的一种纳米铜粉的制备方法,其特征在于溶液中铜盐浓度为0.25-4mol/L。
5.根据权利要求1所述的一种纳米铜粉的制备方法,其特征在于加热升温至140-170℃。
6.根据权利要求1所述的一种纳米铜粉的制备方法,其特征在于纳米铜颗粒的粒子粒径尺寸在60-90nm,键合的包覆层厚度为4-10nm。
技术说明书一种纳米铜粉的制备方法技术领域本技术属于金属材料制备技术领域,尤其涉及一种纳米铜粉的制备方法。
第17卷第2期2000年2月精细化工FINE CHEMICA LSV ol.17,N o.2Feb.2000功能材料纳米级铜粉的制备Ξ张志梅,韩喜江,孙淼鑫(哈尔滨工业大学应用化学系,黑龙江哈尔滨 150001)摘要:研究了以CuS O4・5H2O和NaH2PO2为主要原料制备纳米铜粉的初步工艺:2560m Lc(CuS O4)=0.0715m ol/L的溶液(用NH3・H2O将其pH值调到5.0,含OP分散剂4m L)与240m Lc(NaH2PO2)=1.0320m ol/L的溶液反应,溶液反应前的温度为55~66℃,NaH2PO2溶液的加入速率为80m L/min,搅拌强度为120r/min。
用该工艺制备的纳米铜粉收率在90%以上。
XRD检测结果表明产物为单质铜;TE M检测结果表明这种铜粉的粒径为30~50nm。
关键词:纳米材料;铜粉中图分类号:TG146.11 文献标识码:A 文章编号::1003-5214(2000)02-0069-03 纳米级材料(10~100nm)由于具有尺寸小,比表面积大及量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点,使之具有与常规材料不同的一些新特性因此近年来有关对纳米材料的制备、性能及应用的研究在国内外一直受到广泛的关注[1]。
其中纳米铜粉用做固体润滑剂则是纳米材料应用的范例之一[2]。
超细铜粉以适当方式分散于各种润滑油中可形成一种稳定的悬浮液,这种油每升中含有数百万个超细金属粉末颗粒,它们与固体表面相结合,形成一个光滑的保护层,同时填塞微划痕,从而大幅度降低磨擦和磨损,尤其在重载、低速和高温振动条件下作用更为显著,正因如此,国外已有加入纳米铜粉的润滑油销售,我国在化学法制备纳米铜粉方面尚未见详细的报道。
目前制备纳米材料的方法很多,如激光气相合成法[3]、冷冻干燥法、机械合金技术、高温气相裂解法、超声化学法、醇盐水解法、沉淀转化法、水解合成法等。
其中有的设备庞大、有的制造成本高、有的合格率低或工作效率低,作者综合考虑上述情况采用均匀沉淀法制备的铜粉,经XRD分析为单质铜,经TE M检测粒径为30~50nm。
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②溶剂热合成:将铜粉与特定溶剂混合,在封闭反应釜中加热,控制温度和压力,促进铜粉微细化。
③还原反应:向溶液中加入还原剂(如氢气、钠硼氢等),在一定温度下反应,使铜离子还原成纳米级铜颗粒。
④离心分离:反应完成后,通过高速离心分离技术,将纳米铜颗粒从溶液中分离出来。
⑤洗涤干燥:使用去离子水多次洗涤纳米铜颗粒,去除残留溶剂及杂质,然后干燥,通常采用真空干燥或冷冻干燥法。
⑥粒径筛选:根据需要的纳米铜粒径大小,通过筛分或分级技术进行筛选。
⑦性能检测:对制得的纳米铜进行粒度分布、形貌、纯度及化学组成等性能检测。
⑧包装储存:将合格的纳米铜产品按照要求进行包装,并在干燥、避光条件下储存,以防氧化或团聚。
此流程通过化学合成方法获得纳米铜粉,广泛应用于催化剂、导电涂料、电磁屏蔽等领域。
纳米铜粉的种类、颜色、制备、用途和保存全部说清楚了一、铜粉的种类按照粒度大小分,包括纳米铜粉、亚微米铜粉和微米铜粉。
按照形貌分,有球型铜粉、片状铜粉、树枝状铜粉。
按照生产方式不同分,雾化铜粉、电解铜粉、还原铜粉,等离子法铜粉。
按照原料分,纯铜粉,青铜粉、紫铜粉、黄铜粉和其他铜合金粉。
二、铜粉的颜色不同的铜粉种类,有着不同的颜色。
1、纯铜粉颜色:纯铜粉的颜色是紫红色的。
2、黄铜粉颜色:铜锌合金。
黄铜粉颜色是金黄色的。
纳米级铜锌合金粉是黑色的。
3、青铜粉颜色:铜锡合金。
青铜粉颜色是青色的。
纳米级铜锡合金粉是黑色的。
4、片状铜粉颜色:铜红色鳞片状金属粉末。
5、电解铜粉颜色:电解铜粉颜色和纯铜粉颜色一样,是紫红色的。
6、雾化铜粉颜色:雾化铜粉颜色呈浅玫瑰红色。
7、氧化铜粉颜色:氧化铜粉颜色是黑色的。
纳米级的氧化铜颜色就是棕黑色。
8、纳米铜粉颜色:纳米铜粉颜色是棕褐色至黑色。
9、亚微米和微米球型铜粉的颜色:铜红色三、纳米铜粉的制备常用的纳米铜粉的制备方法包括:气相法,电爆炸法,等离子发,机械化学法,液相还原法等。
下面介绍常用的两种:一是采用电爆炸法制备的纳米铜粉,是源于铜丝在爆炸后形成的铜蒸气和熔融粒子与气体分子碰撞后能量的急剧损失,又由于被迅速冷却,晶粒没来得及长大,因而形成了细小的晶粒。
在电爆容器中一般是充入氩气,处于阳极和阴极间的金属丝产生高电压放电,在铜丝的内部瞬间通过强电流,从而产生大量的焦耳热,使铜丝瞬间达到上万度的高温,远高于铜的气化点,铜丝发生爆炸,使之气化。
铜丝爆炸产生的超细粉末悬浮在介质气体中,交换能量并被迅速冷却形成尺寸在纳米到亚微米范围的纳米铜粉颗粒。
整个制备过程也就是铜丝的三种物态变化,即从固态、液态、气态再到固态。
电爆炸法生产的纳米铜粉的优点:颗粒分布均匀,可规模化生产,能量转换效率高,纯度高。
二是利用水合肼为还原剂还原硫酸铜制备纳米铜粉,将1mol/L的硫酸铜溶液50mL和一定浓度的水合肼溶液50mL同时升温至70℃,恒温10分钟,以一定速度搅拌硫酸铜溶液,用7mol/L的NaOH调节pH 后,将水合肼溶液倒入其中, 以较大速度搅拌20~30min后反应结束。
一种纳米铜粉的制备方法嘿,朋友们!今天来给你们讲一讲超级神奇的纳米铜粉的制备方法,就像是一场微观世界里的奇妙魔法之旅呢!首先呢,我们得有原料,就像厨师做菜要有食材一样。
铜源就像是这场魔法的主角,它得是那种高品质的铜化合物,比如说硫酸铜,这硫酸铜就像是一个宝藏盒子,里面装着我们想要的铜元素,等待着我们去开启。
然后,我们要请来还原剂这位得力助手。
还原剂啊,就像是一个超级英雄,专门把铜离子从它的化合物里解救出来。
常见的还原剂像硼氢化钠,这硼氢化钠就像一个小炮弹,“轰”的一下就把铜离子从硫酸铜这个“大城堡”里抢了出来。
反应容器就像是一个魔法舞台,要选择合适的才行。
这就好比演员得在合适的舞台上表演,玻璃反应釜就很不错,透明的玻璃就像一个水晶宫殿,让我们能观察到里面发生的一切小秘密。
反应的时候啊,溶液就像是一锅魔法汤。
各种试剂在里面搅拌,搅拌的速度可得控制好,就像搅拌蛋糕面糊一样,不能太快把面糊溅得到处都是,也不能太慢让蛋糕烤不熟。
搅拌的过程中,溶液里的小颗粒就像一群欢快的小精灵,在里面跳着不知名的舞蹈。
温度也是个关键因素哦。
就像我们人感觉舒服的温度是二十来度一样,反应也有它喜欢的温度区间。
如果温度太高,就像把小蚂蚁放在火上烤,那些还没成型的纳米铜粉可能就被破坏了;温度太低呢,又像冬天里冻僵的小虫子,反应会变得慢吞吞的。
反应时间也得拿捏准确。
这就像烤面包,时间短了面包没烤熟,时间长了可能就焦了。
纳米铜粉的反应也是,时间不够的话,铜粉可能还没完全生成,太长了说不定又有其他不好的变化。
反应完成后,我们要把纳米铜粉从溶液这个大杂烩里分离出来。
这时候过滤就像一个筛子,把纳米铜粉像从沙子里挑出小金粒一样挑出来。
接下来清洗也很重要,就像给刚出土的小宝贝洗澡一样。
把纳米铜粉身上那些多余的杂质都洗干净,让它变得纯净又可爱。
干燥这个步骤呢,就像是给洗过澡的小宝贝吹干头发。
可以用真空干燥或者低温干燥,这样纳米铜粉就像一个干爽的小团子,舒舒服服地躺在那里啦。
河北工业大学课程报告材料科学与工程学院课程名称:«先进材料导论»题目:纳米铜的研究进展专业:无机非金属材料工程班级:学号:姓名:2019年11月20日纳米铜的研究进展摘要:纳米铜颗粒具有量子尺寸效应、高导热率、电阻低以及高效的催化活性等优异特性,在诸多领域具有重要的应用价值。
本文介绍了当前纳米铜材料的应用及其研究的重要性,目前纳米铜材料及纳米材料发展中的困难,对近几年纳米铜材料的研究新进展进行了综述, 对纳米铜的前景进行了展望。
关键词:纳米铜;应用;发展目录1 引言 (1)2 研究背景 (1)3 发展前景 (2)3.1 在催化剂方面 (2)3.2 在抗菌方面 (2)3.3 润滑剂 (2)3.4 在导电涂层方面 (2)4 目前存在的问题 (3)5 结论 (3)参考文献 (4)1 引言纳米材料一般是指颗粒尺寸为1~100 nm的材料, 由于存在着小尺寸效应、表面界面效应、量子尺度效应及量子隧道效应等基本特征, 使其具有许多与相同成分的常规材料不同的性质, 在力学、电学、磁学及化学等领域有许多特异性能和极大的潜在应用价值。
]21[,纳米铜是紫褐色或紫黑色的粉末, 纳米铜中的铜原子和普通铜中的铜原子都一样, 只是纳米铜颗粒很小, 呈现的化学性质较普通铜更为活泼。
铜离子是最早被应用的无机类长效抗菌材料之一,因具有较好的环境协调性和抗菌持久性而获得广泛应用。
含铜抗菌材料主要是指将铜离子负载到载体上而制备出抗菌材料,对单质纳米铜抗菌性能的研究还较少。
此外, 纳米铜可用作凝胶推进剂、燃烧活性剂、水清洁吸附剂、烧结活性剂等。
随着电子工业的发展, 由纳米铜粉制备的超细厚膜浆料将在大规模集成电路中起着重要的作用, 同时价格比贵金属银粉、钯粉低廉, 具有广阔的应用前景。
2 研究背景纳米材料是指在结构上具有纳米尺度特征的材料,纳米尺度一般是指1~100 nm。
虽然在19世纪科学家就开始对直径处于纳米尺度的粒子系统进行了研究,但是真正有效地研究纳米粒子还是开始于1963年,研究人员用气体冷凝法制备出了纳米级的金属粒子。
纳米金属铜粉的制备方法及应用
纳米金属铜粉因其具有独特的光、电、磁、热和化学特性,广泛应用于高效催化剂、导电电浆、陶瓷材料、高导电率、高比强度合金和固体润滑剂等领域。
目前纳米金属铜的制备方法主要有:化学还原法、微乳液法、多元醇法、有机前驱体热分解法、电化学法等。
一、纳米金属铜粉的制备方法
1、化学还原法
化学还原法是目前实验室和工业上制备纳米最常用的制备方法。
其方法是选择合适的可溶性铜盐前驱体与适当的还原剂如N2H4H2O、NaBH4抗坏血酸等在液相中进行反应,Cu2+还原、成核生长为纳米铜粉体。
在化学还原法制备金属纳米粒子过程中,纳米铜易氧化或团聚,限制了其实际应用。
表面修饰技术为纳米微粒表面改性提供了切实可行的途径。
通过对纳米微粒表面的修饰,可以改善纳米粒子的分散稳定性,同时使微粒表面产生新的物理化学性质,另外还可以改善纳米粒子与其它物质之间的相容性,从而有效解决纳米微粒团聚氧化失活等问题。
利用化学还原法制备铜纳米材料常见的分子配体包括表面活性剂、各种聚合物和树枝状大分子、硫醇及其衍生物等。
化学还原法优点是:操作方便、易于控制。
例如可通过改变反应参数如还原剂的种类、前驱体浓度、反应温度和时间,尤其是表面活性剂用量与种类等控制其成核和生长过程,从而控制颗粒尺寸和形貌。
另外,这种方法对设备的要求低,所用的原材料为廉价的无机盐,反应可以在较温和的条件下进行,工艺流程简单,易于扩大到工业化生产。
溶液法合成纳米铜粉及其应用研究纳米科技是当前科技领域的热门话题之一,纳米材料的应用也是越来越广泛。
铜是一种广泛应用于制造业的金属材料,纳米铜粉的应用也受到了广泛的关注。
本文将介绍溶液法合成纳米铜粉的方法以及在各个领域的应用研究。
一、溶液法合成纳米铜粉溶液法合成纳米铜粉是一种比较常见的合成方法,其主要步骤包括前驱物制备、溶解、沉淀、洗涤和干燥等步骤。
以下是具体的步骤:1、前驱物制备:前驱物是指用于制备铜粉的化合物,常用的前驱物包括硝酸铜、氯化铜、乙酸铜等。
将前驱物加入去离子水中,以保证反应纯度。
2、溶解:将前驱物溶解在去离子水中,通过加热或加入还原剂等方式,促进前驱物分解形成金属铜离子。
3、沉淀:利用还原剂将金属离子还原成金属铜,沉淀在溶液中形成颗粒。
4、洗涤:将溶液中余留的无机离子和杂质洗涤掉,以提高产物的纯度。
5、干燥:通过真空干燥、风干等方式,去除溶液中的水分,使产物变为纯净的纳米铜粉。
溶液法合成纳米铜粉具有操作简单、成本低廉、生产效率高等优点,因此在工业生产中得到了广泛应用。
二、纳米铜粉的应用研究1、电子领域纳米铜粉在电子领域的应用主要包括电子浆料、导电墨水、电磁屏蔽等方面。
以电子浆料为例,纳米铜粉可以增强浆料的电导率,提高电路的稳定性和信号传输速率,因此被用于高速、高频的电子设备中,例如手机、计算机等。
2、催化领域纳米铜粉在催化领域中的应用主要体现在二氧化碳的还原、有机化学反应以及化学吸附等方面。
以二氧化碳的还原为例,纳米铜粉可以作为贵金属的替代品,用于电催化还原二氧化碳生成可再生燃料,例如甲醇、异丙醇等。
3、材料领域纳米铜粉在材料领域中的应用主要包括制备导电材料、抗菌材料、防腐材料等方面。
以导电材料为例,纳米铜粉可以用于制备纳米线、纳米管等导电材料,用于制造柔性电子器件、透明电极等。
4、生物领域纳米铜粉在生物领域中的应用主要包括抗菌剂、药物传输等方面。
以抗菌剂为例,纳米铜粉可以破坏细菌的细胞壁和核酸,从而达到抗菌的效果,可以应用于医疗器械、纺织品等领域。
纳米铜粉的制备进展黄东,南海,吴鹤(北京航空材料研究院,北京100095)作者简介:黄东(1971-),男,工程师,主要从事金属材料的研究与开发工作。
摘要:本文较系统地介绍了用于制备纳米铜粉的各种方法,对这些方法的制备过程、优缺点及其应用情况进行了评述,并指出了存在的问题及未来的发展方向。
关键词:纳米铜粉;制备;进展中图分类号:T B 44;T F 123.72文献标识码:A文章编号:1005-$192(2004)02-0030-05D eVel o p m ent on pre p arati on f or nanocr y st alli ne Co pp er powder~UANG on g ,NAN ~ai ,W u ~e(B e i j i n g I nstitute o f A eronautical m aterials ,B e i j i n g 100095,Ch i na )ABSTRACT :T he m et hods f or p re p ari n g nanocr y stalli ne co pp er p oW der are revieW ed s y nt heticall y .T he p rocess o f p re p ara-tion and t he ir advanta g es and d isadvanta g es are i ntroduced.A nd t he ir a pp lication s ituation is i ntroduced also.B es i des ,t he p rob le m and f uture deve lo p m ent o f m et hods are p o i nted out.KEY W ORD S :nanocr y stalli ne co pp er p oW der ;p re p aration ;deve lo p m ent 1前言纳米材料一般是指颗粒尺寸在1!100n m 之间的材料,由于存在着小尺寸效应、表面界面效应、量子尺度效应及量子隧道效应等基本特征,使其具有许多与相同成分的常规材料不同的性质,在力学、电学、磁学及化学等领域有许多特异性能和极大的潜在应用价值〔1〕。
纳米铜粉可用于高级润滑剂,其以适宜的方式分散于各种润滑油中形成一种稳定的悬浮液,这种润滑剂每升含有数百万个超细的金属微粒,它们与固体表面结合形成一个光滑的保护层,同时将微划痕填塞,可大幅度降低磨损和摩擦〔2〕,尤其在重载、低速和高温振动情况下作用更加显著。
1995年,I Bm 的Pekka 〔3〕等指出纳米铜由于其低电阻而可被用于电子连接后,其性质引起电子界的很大兴趣。
纳米铜粉可用于制造导电浆料(导电胶、导磁胶等),广泛应用于微电子工业中的布、封装、连接等,对微电子器件的小型化起重要作用。
P.G .s anders〔4〕等得到了纳米铜材(晶粒尺寸10!100n m )的拉伸力学性能,发现其屈服强度是一般退火铜(晶粒尺寸20"m )的10倍,其延伸率也可达$%以上,纳米铜粉是高导电率、高强度的纳米铜材不可缺少的基础原料。
因此纳米铜粉的研制是一项可以带来铜及其合金革命性变化的关键技术,具有重要的理论意义和实用价值。
纳米铜粉的制备技术近年来,有关纳米铜粉的制备研究,国内外都有不少报道,如气相蒸气法、#-射线法、等离子法、机械化学法等,但是制备纳米铜粉较为活跃的方法是液相还原法,现将对各种制备方法的制备过程、优缺点及其应用情况进行评述。
.1气相蒸气法〔5!6〕该方法是制备金属粉末最直接、最有效的方法,法国的Lairli C usd 公司采用感应加热法,用改进的气相蒸气法制粉技术制备了铜超微粉末,产率为0.5k g /h 。
感应加热法是将盛放在陶瓷坩埚内的金属材料在高频或中频电流感应下,靠自身发热而蒸第11卷第2期2004年4月金属功能材料m etallic Functional m aterials V o l .11,N o.2A p ril ,2004发,这种加热方式具有强烈的诱导搅拌作用,加热速度快,温度高。
在蒸发过程中,惰性气体在温度梯度的作用下携带着粉末在粉末收集器中对流,粉末弥漫于收集室内,并沉积在收集器内的各种表面上。
粉末收集器的结构和规格是决定粉末产率和产量的关键因素之一。
粉末的形成要经过三个阶段:金属蒸发产生蒸气阶段、金属蒸气在稀薄惰性气体中扩散并凝聚形核阶段和晶核生长阶段。
粉末的粒度受蒸发温度、惰性气体的压力和种类、装置内的温度梯度和对流情况的影响。
通过工艺参数的控制可以制备出10n m!1"m的金属铜粉末。
2.2!-射线法#-射线辐照制备各类金属颗粒是近年来发展起来的一种新方法,其基本原理是金属盐在#-射线下还原成金属粒子。
#-射线使溶液生成了溶剂化电子,不需要使用还原剂,可还原金属离子,降低其化合价,经成核生长形成金属颗粒。
与其他制备方法比较,#-射线法工艺简单易行,可在常温常压下操作,易于扩大生产规模。
特别是采用该方法制备金属粉时,颗粒的生成和粒径的保护可以同时进行,从而有效地防止颗粒的团聚,特别适于沉淀在固体表面制备高活性的电化学电极,并有可能制备载有金属微粒的金属氧化物粉末。
然而#-射线辐射法的产物处于离散胶体状态,因此颗粒的收集非常困难,为此人们又将#-射线辐射法与水热结晶技术结合起来,近年来被用于制备各种金属粉末。
陈祖耀等〔7〕利用C O源强#-射线辐射法制备金属超微粒子,采用#-射线辐射-水热结晶联合法获得了平均粒径为50n m的纳米铜粉。
2.3等离子体法该法是用等离子体将金属等粉末熔融、蒸发变成气体,使之在气体状态下发生物理或化学反应,最后在冷却过程中凝聚长大形成超细微粉,是制备高纯、均匀、粒径小的金属系列和金属合金系列纳米微粒的最有效方法。
等离子体法温度高、反应速度快,可以获得均匀、小颗粒的纳米粉体,易于实现批量生产,几乎可以制备任何纳米材料。
等离子体法分为直流电弧等离子体法(DC)、高频等离子体法(RF)和混合等离子体法(~P)。
DC 法使用设备简单、易操作,生产速度快,几乎可制备任何纯金属超细粉,但高温下电极易于熔化或蒸发而污染产物;RF法无电极污染、反应速度快、反应区大,广泛应用于生产超细粉,其缺点是能量利用率低、稳定性差;混合等离子体法将DC法和RF法结合,既有较大的等离子体空间、较高的生产效率和纯度,也有较好的稳定性。
D Orda等〔8〕用混合等离子体法成功制备出了平均粒径为70n m、粒度分布均匀、分散性好的纳米铜粉。
2.4机械化学法机械化学法是利用高能球磨法并发生化学反应的方法,其优点是产量高,工艺简单,能制备出常规方法难以制备的高熔点金属、互不相溶体系的固溶体、纳米金属(间化合物)及纳米金属-陶瓷复合材料;缺点是所制粉体粒径分布不均匀,且球磨过程中易引入杂质。
J.D i n g等〔9〕使用机械化学法合成了超细铜粉。
将氯化铜和钠粉混合进行机械粉碎,发生固态取代反应C uC I2+2n a=C u+2n aC I,生成铜和氯化钠的纳米晶混合物,清洗去除研磨混合物中的氯化钠,得到超细铜粉。
若仅以氯化铜和钠为初始物机械粉碎,混合物将发生燃烧。
如在反应混合物中预先加入氯化钠可避免燃烧,且生成的铜粉较细,粒径为20!50n m之间。
2.5电解法电解法可制得很多通常方法不能制备或难以制得的高纯金属超微粒,尤其是电负性较大的金属粉末。
何峰等〔10!11〕采用电解法,用蒸馏水配制合适浓度的C uSO4溶液,注入电解槽中,同时向其中加入少量~2SO4,使溶液p~为3!6,然后加入一定量的用甲苯和油酸等表面活性剂配制的有机液,通直流电后,发生以下电解反应:阳极:2~2O!O2"+4~++4e阴极:C u2++2e!C u;2~++2e!~2"从而在阴极上得到金属析出物,同时有机液(甲苯、油酸)对析出粉末的表面涂覆作用阻止了粉末颗粒本身的长大,也使该颗粒与其他颗粒间有有机膜阻隔而不能联结在一起,仅以超细粉体形式析出。
此方法的特点是将制粉过程和表面包覆一次完成,从而获得了纯度高、平均粒度为80n m、粒度分布均匀、表面包覆、高弥散、抗氧化的超细铜粉,同时该方法设备简单,成本低,可方便地扩大并实现工业化生产。
普通电解法制备金属粉可以说是一种比较成熟的方法,也是工业生产金属粉的一种常见方法,然而其制备过程一般是间隔10!20m i n才将沉积在阳极的金属粉刮掉,这样沉积的颗粒不能及时脱离阳极表面,就会迅速长大,使其粒径很大;另外还需经过球磨、分筛等工艺方能得到最终粉末,相比较而言,超声电解法首先解决了普通电解中的刮粉问题,此13第2期黄东等:纳米铜粉的制备进展外,超声振动及产生的射流能使沉积在阴极上的金属迅速脱离阴极表面,并随溶液的流动分散在整个溶液中,防止颗粒的长大。
而超声空化产生的巨大射流能将溶液中的大颗粒粉碎,即使在沉积速度比较快的情况下,所得粉末粒度也不会很大。
王菊香等〔12〕采用超声电解法,制得了100 m以下的超细铜粉。
!"#液相还原法液相化学还原法是采用具有一定还原能力的还原剂,将溶液中的二价铜离子还原至零价态,通过控制各种工艺参数来得到不同粒径级别、均匀的粉末。
2.6.1以抗坏血酸为还原剂抗坏血酸是一种中等强度的还原剂,它无毒且其氧化产物对人体亦无害,故受到人们的普遍欢迎。
刘志杰等〔13〕采用液相化学还原法,以抗坏血酸为还原剂制备出了500 m!7"m不同粒径范围的铜粉。
研究表明:铜还原反应可以在常温及0.2!1.0m o l/L浓度范围内发生,但反应进行完全与否主要依赖于酸碱介质条件:当抗坏血酸溶液的p~等于14,反应温度在80C以上时,反应趋于完全;铜粉末的粒径依赖于反应体系中明胶的含量,其它反应条件对粒径的影响较弱,改变反应体系中明胶含量,可以制备不同粒径范围的铜粉;采用葡萄糖预还原法可以明显改善直接还原制得的铜粉末的粒度分布,得到较均匀、粒径为1"m的铜粉。
2.6.2以甲醛为还原剂甲醛是一种价格比较低廉的还原剂,已广泛应用于化学镀领域。
用甲醛法直接还原硫酸铜溶液制备超细铜粉,在很短时间内就可以将反应体系中生成的氢氧化铜和氧化铜微粒还原为铜超微粒子,没有出现氧化亚铜中间体。
由于粒子成核速度快,而且生长过程太短,导致产生的颗粒小但均匀性差,粒径在100 m以下。
为了改善甲醛法制备铜超微粒子的均匀性,刘志杰等〔14!15〕采用葡萄糖还原法,即先用葡萄糖在强碱性介质中将二价铜离子还原为一价的氧化亚铜,再加入甲醛溶液将氧化亚铜还原至金属铜粉,葡萄糖预还原法相当于延长了甲醛还原法中间体的生长过程,以氧化亚铜颗粒的大小和分布来影响铜粉特性,从而改善了铜粉的均匀性。