镍纳米粉的比表面积测试研究
超级电容器研究综述
一、超级电容器的发展与进步（一）概述在古代，人们发现了与琥珀及橡皮相摩擦，引起表面贮存电荷的可能性。
然而这一效应的缘由直到18世纪中叶方被人们理解。
140年后，人们开始对电有了分子原子级的了解。
早期的有关莱顿瓶的发现和研究，开启了电容器的序幕。
之后，电容器不断的发展起来，现如今，其发展起来的电化学超级电容器，已经应用于国防设备、电力设备、通讯设备、铁路设施、电子产品、汽车工业等方方面面，成为当代社会不可缺少的一部分。
电能能够以两种截然不同的方式存贮：一种间接方式是作为潜在可用的化学能，存贮在电池里。
另一种直接的方式，则是以静电学形式将正负电荷置于一个电容器的不同极板之间来存贮电能。
超级电容器在存贮电荷时有着两种原理，一种是通过双电层原理，以非法第模式来存贮电能；而另一种则是法拉第模式，通过发生氧化还原反应来产生赝电容。
目前双电层型超级电容器一般采用碳材料做电极，通过碳材料的大的比表面积来增加双电层的面积，而赝电容型超级电容器一般采用氧化物或聚合物的材料来做为电极。
同时，二者在制作超级电容器的时候也可以并用，从而使得超级电容器也可以划分为对称超级电容器和非对称超级电容器，对称即指电容器的两极的材料相同，非对称则不同。
在电解质方面，超级电容器绝大多数均采用液体电解质，如水及其它有机溶剂。
超级电容器的电化学性能分析有很多方法，但通常都包括以下四种图：循环伏安曲线，恒流充放电曲线，交流阻抗谱，循环稳定性曲线。
通过这四种图可以比较明确地判断出一个超级电容器的电化学性能的好坏，具体判断方法之后会详细说明。
超级电容器有着非常高的功率密度，但是其能量密度却比较低，它有着极好的循环充放电稳定性但是电压窗口却比较窄。
但是人们也在对其进行着不断的研究来改善超级电容器的这些弊端。
（二）超级电容器的原理超级电容器又称为电化学电容器，是介于传统电容器和电池之间的新型电化学储能器件，它的出现填补了Ragone 图中传统电容器的高比功率和电池的高比能量之间的空白。
纳米材料比表面积测定
图 3 BET 比表面测试窗口举例
图 4 BET 比表面测试报告举例
更换样品进行新一次测量： 液氮杯降到底端后等待 5 分钟， 取消测试界面上所有阀门的对钩， 点击“重置” ，保证所有电磁阀都关闭。然后点击“充气”按钮。观察“当前气压”数值， 当整个气路为无真空状态时， 就可以更换样品玻璃管， 重复前面的步骤， 对新样品进行测量。
C
1 A E E RT Vm 1， 。 理论上 C 约等于 e 1 L ， 这里 E1 是第一层吸附气体的吸附热， A B B
E L 为液化热。BET 常数 C 表示了吸附剂（adsorbent，吸附测量气体的固态物质）和吸附质
（adsorbate，吸附剂表面上富集的吸附气体，一般采用氮气）之间的相互作用大小，是表征 纳米材料吸附特性的一个重要的物理量。采用氮气作为吸附气体时，直线的截距 B 相对斜 率 A 而言一般比较小，因此 C 1 。 通过单层吸附体积 Vm （单位为 ml）和每个氮气分子在一个完整的单层上所占有的平均 面积（分子横断面积）就可以计算出纳米材料的总表面积为：
p p0 C 1 p 1 V 1 p p0 VmC p0 VmC
(1)
1
这里， p 为气体气压， p0 为在液氮温度下氮气的饱和蒸气压， V 是所吸附的气单层气体分子层覆盖时所需要的吸附气体体积，又称单层
吸附体积， C 为 BET 常数。 对(1)式可以作如下简化，令 X
进行吸附实验：液氮杯上升完成后，在测试界面点“吸附”开始进行样品的比表面积测量。 此时控制软件会自动延时等待 5 分钟左右， 以保证样品的环境温度充分达到液氮温度(77K)。 5 分钟后比表面积及孔径分析仪会自动按照之前设定的吸附气压的参考点控制相关硬件设 备进行测量和计算。比表面测量大概需要 50 分钟。实验结束后，液氮杯自动下降。待液氮 杯降到底端后小心取下，用专用杯盖盖好，防止液氮大量挥发。点击 据。点击 图标，预览实验结果，如图 4 所示。 图标，保存测试数
纳米NiAl2O4粉体的制备与表征
（ ｌ ｎ Ｐ ｌ ｔ ｃ ｎ ｃ Ｕ ｎ ｖ ｒ ｉ Ｄａ ｉ ｎ １ ０ ４， ａ ｎ ｎ Ｃｈ ｎ ； １ Ｄａ ｉ ｏ ｙ ｅ ｈ ｉ ｉ ｅ ｓ ｔ ａ ｙ， ｌ ６ ３ Ｌｉｏ ｉ ｇ， ｉ ａ ｒ ｉｙ Ｄａｉｎ １ ６ ２ Ｌｉｏ ｉ ｇ， ｈ ｎ ） ｌ ｉｏ ｏ ｇ Ｕ ｉｅ ｓｔ ， ｌ １ ０ ８， ａ ｎｎ Ｃ ｉａ ａ ａ 摘 要 ： 用 醇 水 共 沉 淀 法 制 备 Ｎｉ 纳 米 粉 体 ， Ｅ ０ ０作 分 散 剂 。通 过 ＸＲ ＴＥ 及 Ｆ —Ｒ 等测 试 手 段 ， 究 醇 一 采 Ａ１Ｏ Ｐ Ｇ６０ Ｄ， Ｍ ＴＩ 研 水 比对 粉 体 晶粒 度 的影 响 以 及 Ｐ Ｇ６ ０ Ｅ ０ ０对 Ｎｉ 体 分 散 性 能 的影 响 。 结 果 表 明 ： 水 的 最 佳 比例 为 １： ， 时 粉 Ａ１Ｏ 粉 醇一 １此 体 的 晶粒 尺 寸 趋 于最 小 。 在 沉 淀 过 程 中 加 入 Ｐ Ｇ６ ０ ， 避 免 前 躯 体 粒 子 的 团 聚 及 粉 体 在 焙 烧 过 程 中 形 成 的 团 聚 ， Ｅ ００ 可 改 善 了粉 体 的分 散 性 。将 制备 的 Ｎ Ａｌ 纳 米 粉 体 掺 合 到 染 料 敏 化 太 阳 能 电 池 Ｔｉ 光 阳 极 中 ， 池 的 光 电 转 换 效 率 得 到 ０ ０。 电
明显 的改 善 。 关 键 词 ：Ｎｉ 纳 米 粉 体 ； 晶 石 ； 一 共 沉 淀 法 Ａ１ ； Ｏ 尖 醇 水 中图 分 类 号 ：Ｔ ３ Ｂ４ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ： ０ １４ ８ （ ０ ２ ０ —０ １０ １ ０ — ３ １ ２ １ ） ８０ ５ — ４
纳 米 Ｎｉ ｚ 体 的 制 备 与 表 征 Ａ１ 粉 Ｏ
５ １
纳 米 Ｎｉ ２ ４ 体 的 制 备 与 表 征 ＡＩ 粉 ０
测定材料比表面积的方法
测定材料比表面积的方法
测定材料比表面积的方法有：
1. 气体吸附法：常用吸附剂有氮气和氩气。
在液氮温度下(-196℃)，氮气通过单纯的物理吸附，吸附于吸附剂的表面，等温度恢复到室温，吸附的氮气会脱附出来。
可以假定吸附在吸附剂表面的氮气正好是一个分子层，如果知道每一个氮分子的横截面积，则氮气吸附的比表面积Sg公式为：氮气吸附的比表面积公式。
2. 比液体吸附法：通过浸泡法或浇注法将吸附剂与液体接触，测定吸附剂对液体的吸附量来计算比表面积。
常用的液体有水、乙醇等。
该方法适用于吸附剂具有较高的亲液性或亲油性的情况。
此外，还有压汞法、流体通过法、X射线层析摄像(照相)法和显微观测统计法等方法测定材料的比表面积。
这些方法均可以从实验测试结果中直接对数据进行处理，得到孔径分布及比表面积等。
一维结构镍纳米粉的制备研究
镍粉 形貌表 征仪器 ：Ｃ ｍｂｉｇ 一６ ａ ｒ ｅ Ｓ３ ０扫描 电 ｄ
基金项 目：高等学 校博士学科点专项科研基金资助 （０ ３ ０ ８ １ ） ２ ０ ０ ０ ０ ９ ，国家 自然科学基金资助项 目 （０ ７０ ０ ５ ３４ １ ） 通讯作者 ：俞宏英，副教授 ，Ｅ ａ ：ｅｍ＠ ａ ｒ ｓ ． ｕ ｎ ｍ ｉ ｃ ｍ ｔ． ｔｅ ． ｌ ｅｕ ｂ ｄ ｃ
第２ 第 ５ 卷 期
２０ 年 ５ ０７ 月
中国 科 技 论 文 在 线
Ｓ Ｅ ＣＥ ＡＰ ＲＯＮ Ｉ Ｅ ＣＩ Ｎ Ｐ Ｅ ＬＮ
３７ ３
２ 结 果 与 讨 论
转子上 。 各个反应温度下制备 的镍粉 Ｓ Ｍ 照片如 图 Ｅ ２ａ、（） ｃ、（） （） ｂ 、（） ｄ所示 ，分别对应反应温度 ６ ＂ 、 ０ ２ （
米 材 料 。 本 文 主 要 研 究 了在 有 机 溶 剂 乙二 醇 中 利 用
软 模板 法 自组装生成镍纳米线 ，考察不 同反 应条件
对制备的影响。 １ 实 验 部 分
１１ 试 剂 与 仪 器 ．
分析纯试剂 ： 七水合硫酸镍（ ｉ０ ７ ２ ； Ｎ Ｓ ４－ Ｈ Ｏ） 六
水 合 氯 化 镍 （ｉＩ Ｎ Ｃ２・６ ２ ）； 六 水 合 硝 酸 镍 ＨＯ
纳米材 料由于晶粒尺寸小 、比表面积 大、量子 效应明显和表面微结构在纳米尺度上的可调性 ，使
其具有 区别于传统 材料的优异的物理化学性能 。在 催化材料、电极材料等领域有广阔的应用前景…。目
前 ，对 一 维 结 构 纳 米 粉 的 研 究 已 经 开 展 了 很 多 研 究 工 作 ， 制 备 方 法 主 要 有 激光 烧 蚀 法 、 其 电化 学 法 、
超细粉比表面积测试
超细粉比表面积测试
超细粉比表面积测试是一种常用的方法，用于评估粉末颗粒的比表面积，反映粉末表面与体积之比，也可用于评估粉末颗粒的细度和分散性。
常用的超细粉比表面积测试方法包括气体吸附法和液相吸附法。
其中，气体吸附法包括比氮气吸附法(BET)、荧光剂法(CTAB)和化学吸附法(commonligt）等，液相吸附法主要有甲苯溶液
吸附法(BET)等。
在比表面积测试中，首先需要将待测粉末样品在恒定条件下进行处理，如脱除水分、溶解杂质等。
然后，样品会被暴露于吸附剂中，吸附剂会被样品表面的孔洞或裂缝填充，通过测量吸附剂表面积与样品质量之比，从而得到比表面积。
根据测试结果，可以评估粉末的比表面积大小。
通常情况下，超细粉的比表面积较大，这也是其具有良好活性和吸附性的重要原因之一。
比表面积测试结果可用于品质控制、质量评估以及粉末性质研究等方面。
纳米材料粒度测试方法大全
纳米材料粒度测试方法大全纳米材料粒度测试是纳米材料研究和应用中非常重要的一项工作，通过准确测量纳米材料的粒度可以了解其物理性质和化学性质，为纳米材料的合成、应用和性能优化提供数据支持。
下面将介绍几种常用的纳米材料粒度测试方法。
1.扫描电子显微镜(SEM)：SEM是一种通过扫描纳米材料表面的高能电子束来观察和测量纳米材料粒度的方法。
该方法具有分辨率高、测量精度高、对纳米材料样品无需特殊处理等特点。
通过SEM观察到的纳米材料外观图像可以用于测量粒径、形貌和分布等参数。
2.透射电子显微镜(TEM)：TEM是一种通过透射电子束观察纳米材料内部结构的方法，也可用于测量纳米材料的粒度。
TEM具有高分辨率，可以观察到纳米尺度的细节。
通过对TEM图像的分析，可以根据纳米材料的投影面积和长度等参数来计算纳米材料的粒径。
3.动态光散射(DLS)：DLS是一种通过检测纳米材料颗粒在溶液中的布朗运动来测量纳米材料粒度的方法。
它利用激光束照射纳米颗粒溶液，测量散射光的强度和角度分布，从而得到纳米材料的尺寸分布。
DLS具有非接触式测量、快速、方便等特点，适用于纳米材料的溶液或悬浮液样品。
4.X射线衍射(XRD)：XRD是一种通过测量材料晶体的衍射角度来确定晶体结构和晶粒尺寸的方法。
对于具有晶体结构的纳米材料，可以通过XRD图谱的峰宽来估算晶粒尺寸。
XRD具有无损测量、精度高等特点，适用于晶体结构明确的纳米材料。
5.傅里叶红外光谱(FTIR)：FTIR是一种通过测量纳米材料在红外波段的吸收光谱来研究纳米材料结构和成分的方法。
纳米材料的粒度也可以通过红外吸收峰的强度和位置进行定性和定量分析。
FTIR具有所需样品量少、分辨率高等特点，适用于纳米材料的表面分析和组成分析。
6.水中悬浮液测定法：将纳米材料置于水中制备悬浮液，通过测量悬浮液的光学性质如透光率等，可以间接测得纳米材料的粒度。
该方法操作简单、快速，可用于大量样品的测量。
7.气相吸附法：纳米材料的比表面积可以通过气相吸附法来测量。
金属镍纳米材料研究进展
关 键 词
镍纳米材料
制备方法
应用
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｉ ｃ ｌＮａ ｏ ａ ｅ ｉ ｌ ｓ ａ ｃ ｏ ｒ ｓ ｎ Ｎｉ ｋｅ ｎ ｍ ｔ ｒａ
ＺＨ ＡＮＧ ｉＧＥ ｏ ｇ ｉｎ ， Ｌｅ ， Ｈ ｎ ｌ ｇ ＺＨＯ ＮＧ ｉ ａ Ｍ ｎ
（ ａ ｏ ａｏ ｙｏ ｅ ｃｌＳ ｎ ｈ ｓｓｏ ｎ ｍａｅ ｉｌＣｈ ｎ ｉａ ｇ Ｕｎｉｅｓｔ ， ｎ ｚ ｏ １ ０ ８ Ｌ ｂ ｒｔ ｒ ｆＣｈ ｍｉａ ｙ ｔ ｅ ｉ ｆＮａ ｏ ｔｒａ， ｉａＪｌ ｎ ｖ ｒｉｙ Ｈａ ｇ ｈ ｕ３ ０ １ ） ｉ Ａ ｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ Ｃｏ ａ ｅ ｔ ｏ ｖ ｎ ｉｎ ｌｎｃ ｅ ｔｒａ， ａ ｏ ｎｃ ｅ ｐ ｓ ｅ ｓｓ ｑ ａ ｔ ｍ ｉｅ ｅｆｃ， ｕ ｆｃ ｍｐ ｒｄ ｗｉｈ ｃ ｎ ｅ ｔ ａ ｉｋ ｌｍａｅ ｉｌ ｎ ｎ － ｉｋ ｌ ｏ ｓ ｓｅ ｕ ｎ ｕ ｓｚ ｆｅ ｔ ｓ ｒａ ｅ ｏ
积效应 ， 因而显 示 出特 殊的磁 学 、 光电和催 化等性能 ， 在很 多领域都 具有广 阔的应用前景 。综述 了国 内外镍纳 米材料
的 主 要 制 备 方 法 ， 别从 气相 法 、 分 液相 法 和 固 相 法 加 以 介 绍 。最 后 简要 地 介 绍 了镍 纳米 材 料 在 航 空 、 保 、 化 等 领 域 环 催
Ｋｅ ｒ ｙ ｗｏ ｄｓ
ｎｃ ｅ ａ ｏ ａｅ ｉｌｓ ｎｈ ｔｃ ｌ ｔ ｏ ｓ ａ ｐｉａｉｎ ｉｋ ｌ ｎ ｍ ｔｒ ，ｙ ｔｅｉａ ｎ ａ ｍｅｈ ｄ ， ｐ ｌ ｔ ｃ ｏ
镍纳米材料具有独特 的磁 、 、 电、 光 光 催化等性 能， 在磁存储 器 、 磁传感 器【 、 ２ 纳米光 学器件 【 、 米 电子器件［ 和储 氢材 ］ ３纳 ］ ４ ］ 料 等方面都具有广 阔的应用前 景 ， 因而成 为 国内外专 家的研 究热点 。纵观近几年金 属镍纳米 材料 制备 的发展 ， 纳米 镍 由于 比表面积大 、 活性 高 ， 在催化 助燃 领域 的发展较为成熟 。谈玲华 等ｌ 报道 了在 火箭 固体 推进剂 中加 入约 １ ６ ］ ％的纳米 镍 ， 使其燃 烧热增加 了 ２ 。葛秀涛等 ［研 究了常温常压下吡咯及其衍 生 倍 ７ ３ 物 的镍催化加氢 反应 ， 纳米镍基催化剂对 吡咯、 吡咯烷和 吡咯烷 酮 的加氢 反应 显示 了一定的催化活性 。
纳米材料的测试与表征
高分子纳米微球研究
沉降法粒度分析
沉降法的原理是基于颗粒在悬浮体系时，颗粒本 身重力(或所受离心力)、所受浮力和黏滞阻力三 者平衡，并且黏滞力服从斯托克斯定律
（F=6πrηv）来实施测定的，此时颗粒在悬浮体
• STM通常被认为是测量表面原子结构的工具，具 有直接测量原子间距的分辨率。 STM还可以操纵 单个原子和分子
STM像
原子操纵
原子力显微镜AFM
• 原子力显微镜(AFM)， 或者扫描力显微镜 （SFM）
• 跟所有的扫描探针显 微镜一样，AFM使用 一个极细的探针在样 品表面进行光栅扫描， 探针是位于一悬臂的 末端顶部，该悬臂可 对针尖和样品间的作 用力作出反应
原子吸收光谱法(AAS)
• 根据蒸气相中被测元素的基态原子对其原子共振 辐射的吸收强度来测定试样中被测元素的含量；
• 适合对纳米材料中痕量金属杂质离子进行定量测 定，检测限低 ，10－10－10－14 g/cm3
• 测量准确度很高 ，1%（3-5%） • 选择性好 ，不需要进行分离检测 • 分析元素范围广 ，70多种 • 不能同时进行多元素分析
• 其特点是样品使用量少，不仅可以获得样品的形 貌，颗粒大小，分布以还可以获得特定区域的元 素组成及物相结构信息
高分辨TEM
• HRTEM是观察材料微观结构的方法。不仅 可以获得晶包排列的信息，还可以确定晶 胞中原子的位置。
• 200KV的TEM点分辨率为0.2nm，1000KV 的TEM点分辨率为0.1nm。
电感耦合等离子体发射光谱法（ICP）
• ICP是利用电感耦合等离子体作为激发源，根据处于激发 态的待测元素原子回到基态时发射的特征谱线对待测元素 进行分析的方法
比表面积测定
实验原理
根据单分子层次吸附理论，当吸附 达到饱和时，吸附质分子铺满整个吸附 表面而不留空位，此时1克吸附剂吸附 吸附质分子所占的表面积，等于所吸附 吸附质的分子数与每个分子在表面层所 占面积的乘积。
实验原理
（1）
式中： S：比表面cm2/g A：亚甲基蓝分子平均截面积81.3×10-16cm2 M：亚甲基蓝的摩尔质量373.9 NA：阿佛加德罗常数 W：硅胶的重量（克） ΔW：硅胶饱和吸附时亚甲基蓝的重量（克）
了解溶液吸附法测比表面的原理。 掌握亚甲基蓝染料水溶液吸附法测定微 球硅胶比表面的方法。
实验原理
Principle
比表面（1克固体物质所具有的总面积） 是粉末多孔性物质的一个重要特征参数， 它在催化、色谱、环保、纺织等许多生产 和科研部门有着广泛的应用。
实验原理
本实验是利用亚甲基蓝染料水溶液 吸附法测定微球硅胶的比表面，因为亚 甲基蓝在所知的染料中具有最大的吸附 倾向，可被大多数固体物质所吸附，在 一定的条件下为单分子层吸附，即符合 朗格谬尔吸附等温式。
实验步骤
分取0
5
2.00
10
3.00
15
4.00
20
5.00
25
6.00
30
标准液浓度 （×10-3mg/ml）
吸光度
以标准液（系列）浓度为横坐标，吸 光度为纵坐标绘制标准工作曲线
实验数据记录和处理
Data Records and Data Processing
4、调波长。
5、盖上样品盖，将参比溶液比色皿 放置于光路，调“100%T”钮，使数显 “1.000”。如果显示不到“1.000”，则 适当增加灵敏度的档次，同时应重复 “3”调0。
纳米氧化镍的制备及性能表征
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2010年第29卷第5期·918·化工进展纳米氧化镍的制备及性能表征张煜，邱运仁（中南大学化学化工学院，湖南长沙 410083）摘要：以硫酸镍为原料，碳酸氢铵为沉淀剂，吐温-80作为添加剂，采用液相沉淀法，在水溶液中获得前体，然后经煅烧制备纳米氧化镍粉体。
采用XRD和SEM对其结构和形貌进行表征，系统地研究了硫酸镍与碳酸氢铵的摩尔比、反应时间、热处理温度以及吐温-80用量对纳米氧化镍收率和粒径的影响。
研究结果表明，在硫酸镍与碳酸氢铵的摩尔比1∶4、吐温-80与硫酸镍溶液体积比为1.25∶100、反应时间105 min、热处理温度500 ℃和吐温-80用量为硫酸镍溶液体积的1.25%的条件下，可获得粒径为38～60nm的氧化镍，其收率可达79%。
关键词：沉淀法；纳米粒子；沉降体积；氧化镍中图分类号：TQ 138.13；O 611 文献标识码：A 文章编号：1000–6613（2010）05–0918–04Preparation and characterization of NiO nanoparticlesZHANG Yu，QIU Yunren（College of Chemistry and Chemical Engineering，Central South University，Changsha 410083，Hunan，China）Abstract：Precursors of nano-NiO were prepared in aqueous solution through liquid-phase deposition with nickel sulfate as raw material，ammonium bicarbonate as precipitator，and Tween-80 as additive.Then NiO powder was prepared by calcining the precursor in muffle furnace. Product samples were characterized by XRD and SEM. Effect of the molar ratio of NiSO4·6H2O/NH4HCO3，reaction time，temperature for thermal treatment and dosage of Tween-80 on NiO yield and particle size were studied systematically. Results showed that under conditions with NiSO4·6H2O/NH4HCO3 of 1∶4，volume ratio of Tween-80/NiSO4 solution 1.25∶100，reaction time of 105 min，and NiO particles with particle size of 38—60 nm were obtained by thermal treatment of the precursor at 500 ℃，the yield could be reached to 79%.Key words：deposition method；nanoparticles；sediment volume；NiO纳米概念包括“尺度”与“效应”两个方面，在临界尺度下，材料的性能会产生突变。
乙二醇还原制备镍粉的产物分布研究
乙二醇还原制备镍粉的产物分布研究袁良生金胜明*周贤渭周莹#(中南大学资源加工与生物工程学院无机材料系长沙 410083 #中国科学院上海光学精密机械研究所上海 201800)摘要采用液相还原法，用乙二醇(EG)还原氢氧化镍制得镍粉，并采用比表面积、XRD与SEM 等分析手段对镍粉进行了表征。
通过分析反应热力学，绘制出Ni-EG-H2O系的E-pH图，并利用E-pH图研究了乙二醇的氧化产物，用XRD进行验证。
结果表明，制备的镍粉的SEM粒径约0.15µm，BET粒径为0.088µm，乙二醇的氧化产物为CO32-。
关键词镍粉E-pH图乙二醇Study on the Preparation of Nickel Powderby Reduction in Ethylene GlycolYuan Liangsheng, Jin Shengming*, Zhou Xianwei, Zhou Ying#(Department of Inorganic Materials, School of Resources Processing and Bioengineering, Central South University, Changsha 410083；#Shanghai Institute of Optics and Fine Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Shanghai 201800)Abstract The nickel powders were synthesized by the reduction of liquid phase in ethylene glycol and characterized by Specific Surface, XRD and SEM. Thermodynamics of preparation of ultrafine and nanometer nickel powder from ethylene glycol(EG) and Ni(OH)2 was studied and plotted the E-pH diagramof Ni-EG-H2O. The oxidation product of ethylene glycol was analyzed from E-pH graph and verified by XRD. The size of nickel powders was about 0.15µm by SEM and 0.088µm by BET. The oxidation productof ethylene glycol was CO32-.Key words Nickel powder, E-pH diagram, Ethylene glycol超细镍粉具有极大的体积效应和表面效应，在磁性、热阻、化学活性等方面显示出许多特殊性质。
液相还原法制备纳米镍粉
液相还原法制备纳米镍粉张涛;刘洋;赵凯;孙凤莲【摘要】In order to optimize the preparation process of nano-nickel powder by liquid phase reduction method, reaction rate, product purity, and product particle diameter were selected as key research aspects when using nickel sulfate as main salt and hydrazine hydrate as reducing agent in water bath at 75 ℃. Effects of the addition of NaOH, solvent types, presence or absence of dispersant, molar ratio of reactants, and feed sequences of reactants on the preparation of nickel powder were studied. The product nickel powder was characterized by XRD and TEM methods. The results showed that the addition of NaOH could affect the composition of the product, the solvent type could affect the particle diameter of the product, dispersant could affect the agglomeration of product particles, the molar ratio of the reactants and feed sequences of the reactants determined the reaction time. In order to prepare relatively pure, small, and well dispersed nickel nanosphere powder at a higher reaction ra te, PVP, NaOH, N2H4·H2O, Ni SO4·6H2O were added in sequence into the solvent of C2H5 OH and C2H6O2. The amount of Na OH addition should be controlled precisely (0. 015 mol to 0. 02 mol), which can produce intermediate product and provide alkaline condition for follow-up reactions. Relatively high reaction rate was obtained with the molar ratio of main salt and reducing agent (N2H4: Ni2 +)of 4: 1.%为优化纳米镍粉的液相还原法制备工艺, 本文以硫酸镍为主盐, 水合肼为还原剂, 水浴75℃条件下, 选取产物纯度、产物粒径、反应速率等关键指标开展工艺优化试验, 分别研究了Na OH 加入量、溶剂种类、有无分散剂, 反应物摩尔比, 加料顺序五个变量对于镍粉制备的影响.采用XRD和TEM对产物镍粉进行了表征.结果表明, Na OH的加入量影响产物组成, 溶剂种类影响产物粒径大小, 分散剂对产物的团聚状态有影响, 反应物摩尔比以及加料顺序影响体系的反应速率.最终获得如下的优化工艺:Na OH的加入量在0. 015～0. 02 mol, 乙醇和乙二醇做反应溶剂, 加入分散剂PVP, 反应物摩尔比为4:1以及采用氢氧化钠与水合肼混合后再向混合溶液中加入硫酸镍溶液的顺序可以获得较为纯净、粒径较小、分散性好的球形纳米镍粉, 并且有较快的反应速率.【期刊名称】《材料科学与工艺》【年(卷),期】2018(026)006【总页数】6页(P51-56)【关键词】液相还原法;纳米镍粉;粒径;对比试验【作者】张涛;刘洋;赵凯;孙凤莲【作者单位】哈尔滨理工大学材料科学与工程学院,哈尔滨 150040;哈尔滨理工大学材料科学与工程学院,哈尔滨 150040;哈尔滨理工大学材料科学与工程学院,哈尔滨 150040;哈尔滨理工大学材料科学与工程学院,哈尔滨 150040【正文语种】中文【中图分类】TM241镍作为常见的合金化组分被广泛应用.在电子制造领域的互连材料和镀层大量使用镍及其合金.纯镍具有十分优良的耐高温性能、耐腐蚀性能，良好的焊接和加工性能，镍还具有铁磁性，区别于常规的镍粉，纳米镍粉由于具有比表面积大，表面活性高，催化活性好，良好的导电导磁等物理化学性能而被广泛应用于高性能电池材料、高效催化剂、导电浆料、磁流体、医学、火箭固体燃料推进剂等领域[1-7].同化学气相沉积法[8]、羟基镍分解法[9]、等离子体离子沉积法[10] 、电沉积法等[11]纳米镍粉的制备方法相比，液相还原法由于工艺简单、实验成本相对较低、产物粒径与形貌容易控制等优点成为常用的纳米镍粉的制备方法.但是在液相还原法制备纳米镍粉的研究工作中，研究者一般将溶剂种类、分散剂、还原剂，搅拌方式，反应体系温度和PH值等因素作为影响纳米镍粉形貌与粒径的研究重点[12-14]，而对于还原剂与Ni2+的摩尔比、加料顺序对实验结果的影响研究很少，因此我们还研究了还原剂与Ni2+的摩尔比以及加料顺序两个变量对反应时间与反应速率的影响.这对于后续研究者开展纳米镍粉制备的工作具有一定的参考价值.1 试验1.1 试验试剂和仪器实验所用化学试剂有硫酸镍、无水乙醇、乙二醇、去离子水、氢氧化钠、水合肼以及聚乙烯吡咯烷酮(PVP).主要仪器有恒温水浴锅(DF-101S型，巩义市予华仪器有限责任公司)，电动搅拌器(JJ-1型，常州国华电器有限公司)、电子分析天平(FA20048型，上海精密科学仪器有限公司)、真空干燥箱(DHG-9055A型，上海一恒科技有限公司)、高速离心机(TDL-S-A型，ANKE公司)，真空泵(RS-2旋片型，上海树立仪器仪表有限公司).制备的纳米镍粉使用FEI公司的通用型扫描电子显微镜 Quanta200，以及荷兰帕纳科多功能粉末X射线衍射仪进行了表征.1.2 纳米镍粉的制备在三口烧瓶中加入一定量的硫酸镍，并量取一定量的去离子水加入烧瓶用玻璃棒搅拌至分散均匀，再称取一定量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入烧瓶中，将烧瓶连接电动搅拌器置于75 ℃的水浴锅中并对烧瓶中的溶液进行搅拌.将预先准备好的水合肼溶液缓慢滴加至三口烧瓶中，之后加入氢氧化钠溶液对PH值进行调节，待溶液颜色变为黑色时再继续反应，以保证反应进行完全，此时的溶液即是含纳米镍粉的溶液.最后将三口烧瓶中的溶液倒入离心管中，在离心机转速为8 000 r/min，离心时间5 min的条件下分别用去离子水、无水乙醇各自离心洗涤3次.在洗涤干净的纳米镍粉中倒入一定量的无水乙醇，然后将其置于真空度为10 Pa，温度为60 ℃的真空干燥箱中充分干燥处理，最终得到纳米级镍粉.2 结果与讨论本文采用液相还原的实验方法制备纳米镍粉，通过还原剂将可溶性镍盐溶液中的Ni2+还原为镍的晶核，生成镍粉的过程可以看成由3个部分组成：(1)预成核阶段(反应诱导期)；(2)成核阶段：Ni2+被还原形成镍晶核；(3)晶核生长阶段：Ni2+被镍晶核表面吸附，进一步被还原，使镍晶核长大.制备的镍粉粒径和形貌与反应过程中的形核和长大密切相关.理论上为了获得粒径小且均匀分布的纳米镍粉需要对形核和长大两个过程加以控制，而影响形核与长大的因素很多，本文着重从NaOH加入量、反应溶剂种类、分散剂、还原剂与Ni2+的摩尔比、加料顺序这五个方面进行了研究.2.1 氢氧化钠加入量对反应产物的影响氢氧化钠的加入量对反应体系有着很大的影响，它在反应体系中主要有两个方面的作用.由反应方程式：NiSO4+2NaOH=Ni(OH)2↓+Na2SO4 ,N2H4·H2O+2Ni(OH)2=2Ni+N2↑+5H2O.可知，NaOH一方面作为反应物参加反应体系，另一方面提供水合肼还原Ni2+所需要的碱性环境，因为在酸性介质中N2H4·H2O的还原电位为+0.23 V，在碱性介质中的还原电位为-1.6 V，而Ni2++2eNi的标准电极电位为-0.23 V，因此水合肼只有在碱性条件下才能将Ni2+还原为镍粉.由此知道氢氧化钠加入量是影响反应体系的一个非常重要的因素，如果加入量过少，会导致碱性环境达不到水合肼还原的条件，从而产生还原不彻底的问题；如果加入量过多，则会导致反应体系生成多余的氢氧化镍沉淀.无论是哪一种，都会对反应产物镍粉的纯度造成不利影响. 通过控制其它量(初始镍盐为0.01 mol，浓度为0.25 mol/L，还原剂与Ni2+摩尔比为20，分散剂含量为主盐质量的10%，水浴温度为75 ℃)不变的情况下，单一改变NaOH(浓度为1 mol/L)的加入量.取3组变量分别为0.015、0.02和0.025 mol，即NaOH与Ni2+的摩尔比分别为0.75∶1、1∶1和1.25∶1，进行对比实验.然后利用X射线衍射仪对产物进行了物相分析以及半定量分析，图1为NaOH 量含量为0.015、0.02和0.025 mol时产物的衍射峰与标准PDF卡片比对图.如图1(a)所示，当NaOH加入量为0.015 mol时，产物中含有两种物质，NiSO4·3N2H4和Ni.其中NiSO4·3N2H4是水合肼加入硫酸镍溶液中生成的中间产物，其在溶液中的颜色为粉色，按照化学反应机理可知随后其将与NaOH继续发生反应.由于NaOH加入量不足，导致产物中存在部分NiSO4·3N2H4.如图1(b)所示，当NaOH加入量为0.02 mol时，产物中也含有两种物质，Ni(OH)2和Ni.并且Ni(OH)2的相对含量为90%，而Ni的相对含量为10%，由此可知NaOH已经过量，推测如果进一步添加NaOH，那么将会全部生成Ni(OH)2沉淀.如图1(c)所示，当NaOH加入量为0.025 mol时，可知其产物中只存在一种物质Ni(OH)2，从而证明了上述猜测的正确性.从实验结果可知NaOH加入量过多时会产生浅绿色Ni(OH)2，加入量过少时会产生紫色絮状物NiSO4·3N2H4.图1 当NaOH 含量为(a) 0.015 mol; (b) 0.02 mol; (c) 0.025 mol时产物的XRD 谱图Fig.1 XRD spectra of as-prepared products when the NaOH content was (a) 0.015 mol; (b) 0.02 mol; (c) 0.025 mol从以上实验结果分析可知，要想获得纯净的镍粉，必须严格控制NaOH的含量，而在本实验条件下当1 mol/L NaOH的加入量在0.015～0.02 mol时才能获得相对纯净的镍粉.2.2 溶剂种类对反应产物的影响通过控制其他量(还原剂N2H4与Ni2+摩尔比为4∶1，溶液PH值为11，分散剂含量为主盐质量分数的10%，水浴温度为75 ℃)不变的条件下，分别用去离子水、乙醇和乙二醇作为反应溶剂研究了其对纳米镍粉粒径的影响.表1分别为水、乙醇和乙二醇作为反应溶剂时计算生成镍粉的粒径所需的数据，其中衍射峰角度θ和半高宽B由XRD数据所得.谢乐公式又名Scherrer公式，是常用的XRD分析晶粒尺寸公式，通过该公式来计算制备的纳米镍粉的尺寸.上式中K为谢乐常数，它的数值为0.89；D为晶粒垂直于晶面方向的平均厚度；B是积分的半高宽；λ是X射线的波长，其数值等于0.154 056 nm，θ为半衍射角.表1 计算不同反应溶剂下镍粉粒径所需数据Table 1 Data required for calculating particle size of nickel powders under different reaction solvents溶剂种类衍射峰角度θ/(°)半高宽B/rad去离子水44.4430.005 451.9030.007 876.3340.007 6乙醇44.6320.006 351.7450.011 176.5080.011 1乙二醇44.4970.006 651.7900.011 976.3820.011 2由表1通过计算可知，水作溶剂时反应得到的镍粉在(111)、(200)和(222)3个晶面上的平均粒径分别为28.34、28.49和30.42 nm.乙醇作溶剂时镍粉3个晶面上的平均粒径分别为30.57、20.23和53.50 nm.乙二醇作反应溶剂时得到的镍粉3个晶面上的平均粒径分别为29.14、18.43和53.04 nm.由上述计算所得的平均粒径大小可知，不同的反应溶剂会对产物镍粉的平均粒径产生影响.其中水作为溶剂时，粒径变化较稳定.乙二醇作为溶剂时，可以得到较小的粒径，从溶剂本身的性质来说，乙二醇具有两个—OH集团，可与镍相互作用，使镍粉表面形成一层薄的保护膜，所以推测乙二醇作为溶剂时可以防止纳米镍粉的长大和团聚，其分散性应该是优于水作为溶剂时的分散性.乙醇和乙二醇作为反应溶剂时得到的镍粉粒径大小相差不大.2.3 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)对反应产物的影响聚乙烯吡咯烷酮(PVP)是常用的分散剂和保护剂.实验过程中通过控制其它量(还原剂与Ni2+摩尔比为4∶1，溶液PH值为11，水浴温度为75 ℃)不变，在反应时不添加PVP，对反应产物镍粉进行了XRD衍射分析，通过分析结果计算了镍粉的平均粒径，并与添加PVP时的情况做了对比，如表2所示.表2 水作溶剂不加分散剂时计算粒径所需数据Table 2 Data required for calculating particle size of nickel powders with water as solvent and without dispersant衍射峰角度θ/(°)半高宽B/rad44.4650.002 751.6720.003 576.5820.009 2根据谢乐公式，由表2可知，镍粉3个晶面上的平均粒径分别为71.15、63.17和64.22 nm.对比表2和表1，用水作溶剂不加分散剂PVP时，其3个衍射晶面上的平均粒径都大于添加PVP时的平均粒径.由此可知反应时加入分散剂PVP，可以减少纳米镍粒子团聚，得到较小粒径的产物.这是因为在反应过程中溶液中的PVP吸附在已经还原出来的Ni晶核特定的晶棱晶角上，降低其晶面结合能，减少了晶棱晶角对镍原子的吸附作用，使其生长速度减慢.并且在溶液中形成镍粒子后，PVP的疏水端长链烷基端通过物理作用吸附到镍颗粒的表面，亲水端则扩展到溶液中，从而阻碍了颗粒之间的吸附和团聚，最终得到分散性较好的纳米镍粉.所以理论上推测不加或加入PVP过少，反应将进行得很快，但所得的颗粒团聚会很严重，并且晶粒较粗；而如果PVP加入过多，因为PVP在溶剂中的溶解度是一定的，将会导致部分PVP不溶于溶剂而阻碍反应的进行，使反应不完全.2.4 还原剂N2H4与主盐Ni2+摩尔比对反应速率的影响还原剂水合肼在碱性条件下，会发生以下反应：N2H4·H2O+2Ni(OH)2→2Ni+N2↑+5H2O.(1)当水合肼过量时：Ni2++3N2H4·H2O+3OH-[Ni(NH3)6]2- +6H2O.(2)N2H4·H2O+2[Ni(NH3)6]2-+4OH-N2↑+2Ni+5H2O+12NH3.(3)副反应：3N2H4N2↑+4NH3↑.(4)由式(1)和式(3)可知，这两种反应都会生成Ni粉，还原Ni粉的还原剂与镍主盐的摩尔比为1∶2.但是在实际反应过程中由于副反应的存在所消耗的还原剂会增多.通过控制其它量(Ni2+浓度为0.25 mol/L，溶液PH值为11，水浴温度为75 ℃)不变，在N2H4∶Ni2+摩尔比为2∶1、4∶1、8∶1、12∶1、14∶1、18∶1、20∶1的条件下记录了反应所消耗的时间，结果如图2所示.图2 不同N2H4∶Ni2+摩尔比条件下完成反应所需时间Fig.2 Reaction time under different N2H4∶Ni2+ molar ratios由图2可知，随着还原剂的含量增多，反应完成的时间呈现出先减小后增大的趋势.当还原剂量过少时，反应虽然能进行，但是其消耗的时间很长，随着还原剂含量的增加，反应完成所需的时间缩短，但是随着还原剂的继续加入，反应时间不但没有进一步减少，反而有所增加.推测是还原产物与Ni2+生成了某种配位物附着在镍晶核上面而抑制了晶核的长大，从而使反应完成的时间延长.由实验结果可知，N2H4与Ni2+的摩尔比为4∶1时反应时间最短，图3为制备的纳米镍粉的透射照片，统计结果显示其平均粒径小于100 nm.2.5 加料顺序对反应速率的影响加料顺序同样也会对实验结果造成一定的影响，为了探讨不同加料顺序对反应速率产生的影响，在还原剂与Ni2+摩尔比为4∶1，溶液PH值为11，水浴温度为75 ℃的情况下，设计了3组不同的加料顺序：(a)硫酸镍溶液中加入氢氧化钠混合，再向混合溶液中加入水合肼；(b)氢氧化钠与水合肼混合，再向混合溶液中加入硫酸镍溶液；(c)硫酸镍溶液与水合肼混合，再向混合溶液中加入氢氧化钠溶液；按照(a)方式加料时，当氢氧化钠溶液与硫酸镍溶液混合时会产生浅蓝色沉淀氢氧化镍，加入水合肼之后，反应所需的诱导时间(溶液颜色有变化时)较(b)长15 min左右，同时其反应所需的时间也是最长的.图3 纳米镍粉的TEM图Fig.3 TEM image of nano-nickel powders按照(b)方式加料时，氢氧化钠与水合肼的混合溶液是澄清的，再向混合溶液中加入硫酸镍溶液时，溶液中会短暂出现紫蓝色的絮状物，继而变黑，由于整个反应体系中只有镍粉的颜色为黑色，从而可以知道变黑的原因是镍粉被还原出来，这种加入方式反应速率很快，制备完成的溶液较为澄清和透明，其还原的机理是镍的络合物和镍离子同时被还原，因此它的还原率也较高，反应时间为45 min左右.按照(c)方式加料时，会先形成水合肼与镍的紫色络合物，随后加入氢氧化钠溶液后，发生还原反应，生成镍粉，以该方式加料时反应时间介于上述两种方式之间，反应时间为50 min左右.图4是加料顺序与反应时间之间的关系.通过对加料顺序的研究可知，以氢氧化钠与水合肼混合，再向混合溶液中加入硫酸镍溶液的方式可以得到较快的反应速率.3 结论本文在水浴加热条件下进行还原反应制备纳米级镍粉.对影响纳米镍粉形貌与粒径的因素进行了分析，结果表明：1)NaOH的加入量会对产物的纯度造成影响.在本文较优工艺下，1 mol/L的NaOH加入量在0.015～0.02 mol时会获得相对纯净的产物.图4 加料顺序与反应时间的关系Fig.4 Relationship between the feed sequences and reaction time2)溶剂种类和分散剂会影响产物的粒径以及分散情况.水作为溶剂时，反应所得的粒径尺寸较为均匀，乙醇和乙二醇作为溶剂时产物粒径大小很接近，与水相比它们能在一定程度上阻碍镍粉的团聚.反应体系中加入PVP时会降低产物镍粉的团聚现象，获得分散和细小的颗粒.3)还原剂与主盐的摩尔比以及加料顺序对反应速率有影响.随着还原剂与主盐摩尔比的增加，反应时间呈现出先减小后增大的趋势，摩尔比为4∶1时，体系有最快的反应时间.同时，氢氧化钠与水合肼混合后，再向混合溶液中加入硫酸镍溶液的加料顺序可以得到较快的反应速率.参考文献：【相关文献】[1] EL-NAGAR G A, DERR I, FETYAN A, et al. 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纳米粉末测试方法
纳米粉末测试方法纳米粉末的测试方法包括以下几种：1、物相分析：将真空干燥的纳米材料粉末样品放入测试玻璃槽中，压平后使用X射线衍射仪进行测试。
2、分散液浓度测试：使用浓硝酸处理纳米材料水分散液，使纳米材料完全溶解，然后采用ICP-AES测试Te元素含量。
3、紫外可见近红外光谱测试：将纳米材料稀释成不同浓度的水分散液，加入到石英比色皿中，然后使用紫外可见分光光度计测量200-1100nm范围内的吸光度。
4、光热转换性能的测试：将纳米材料稀释成一系列浓度的Te纳米针水分散液，取0.1mL分散液加入到0.25mL小离心管中。
然后使用功率为0.8Wcm2的915nm半导体激光器照射小离心管中的水分散液，同时使用热成像相机记录分散液的温度变化。
5、自由基清除测试：使用1,1-二苯基-2-苦基肼(DPPH)测试Te纳米针的清除自由基（抗氧化）的能力。
6、全谱直读等离子体发射光谱测试：采用美国Leemanlabs公司Prodigy7型全谱直读等离子体发射光谱仪（ICP;Inductively Coupled Plasma-Optical Emission Spectr)测量纳米粉体样品中钕离子的含量，通过观察钕离子的特有原子光谱确定其含量用于定量分析。
7、全自动比表面积及孔隙度分析测试：采用美国Micromeritics 公司ASAP 2020M型全自动比表面积及孔隙度分析仪（AutomaticSpecificSurface Area and Porosity Analyzer），通过氮气吸附法测量纳米粉体样品的比表面积。
以上测试方法可以帮助研究人员了解纳米粉末的各种性质，如物相、浓度、光谱特性、光热转换性能、自由基清除能力、元素含量以及比表面积等。
这些性质对于纳米粉末在各个领域的应用具有重要意义。
水热还原法制备纳米ni粉及吸波性能
第３期 收稿日期：２０１９－１１－２１基金项目：安徽省级大学生创新训练项目（２０１８１０３７９０４７）作者简介：黄亚军（１９９８—），安徽合肥人，本科生，研究方向：纳米吸波材料；通讯作者：朱岩岩（１９９１—），女，硕士。
水热还原法制备纳米Ｎｉ粉及吸波性能黄亚军，朱岩岩，靖辉隆，张 娜，管家虎（宿州学院化学化工学院，安徽宿州 ２３４０００）摘要：以ＮｉＣｌ２·６Ｈ２Ｏ、ＮａＯＨ为原料，Ｎ２Ｈ４·２ＨＣｌ为还原剂，ＰＶＰ为表面活性剂，通过水热还原法制得纳米镍粉。
探究不同温度、还原剂浓度对制得的纳米Ｎｉ粉的影响。
采用ＸＲＤ、ＳＥＭ和矢量网络分析仪对样品的物相组成，微观形貌和微波吸收性能进行表征。
结果显示：水热还原法制备Ｎｉ粉都是纯相面心立方结构，球形颗粒。
在涂层厚度为１．８ｍｍ时，在１２．２ＧＨｚ处，最强反射损耗值为－３６．７ｄＢ。
关键词：纳米镍粉；水热还原；吸波性能中图分类号：ＴＱ１３８．１；ＴＢ３８３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００８－０２１Ｘ（２０２０）０３－００１５－０２ＰｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆＮａｎｏＮｉｃｋｅｌＰｏｗｄｅｒｓｂｙＨｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌＲｅｄｕｃｔｉｏｎａｎｄＩｔｓＷａｖｅＡｂｓｏｒｐｔｉｏｎＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＨｕａｎｇＹａｊｕｎ，ＺｈｕＹａｎｙａｎ，ＪｉｎｇＨｕｉｌｏｎｇ，ＺｈａｎｇＮａ，ＧｕａｎＪｉａｈｕ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｈｅｍｉｓｔｒｙａｎｄＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｕｚｈｏｕ ２３４０００，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＵｓｉｎｇＮｉＣｌ２·６Ｈ２Ｏ，ＮａＯＨａｓｒａｗｍａｔｅｒｉａｌｓ，Ｎ２Ｈ４·２ＨＣｌａｓｒｅｄｕｃｉｎｇａｇｅｎｔａｎｄＰＶＰａｓｓｕｒｆａｃｔａｎｔ，ｂｌａｃｋｎａｎｏｍｅｔｅｒｎｉｃｋｅｌｐｏｗｄｅｒｓｗｅｒｅｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｒｅｄｕｃｔｉｏｎ．ＴｏｅｘｐｌｏｒｅｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｒｅａｃｔｉｏｎｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅａｎｄｒｅｄｕｃｉｎｇａｇｅｎｔｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｏｎｔｈｅｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｎａｎｏｍｅｔｅｒＮｉｐｏｗｄｅｒ．Ｔｈｅｐｈａｓｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｍｉｃｒｏｗａｖｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｓａｍｐｌｅｓｗｅｒｅｄｅｔｅｃｔｅｄｂｙＸＲＤ，ＳＥＭａｎｄｖｅｃｔｏｒｎｅｔｗｏｒｋａｎａｌｙｚｅｒｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｎｉｃｋｅｌｐｏｗｄｅｒｐｒｅｐａｒｅｄｂｙｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｒｅｄｕｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗｅｒｅａｌｌｓｐｈｅｒｉｃａｌｐａｒｔｉｃｌｅｓｐｕｒｅｐｈａｓｅｗｉｔｈｃｅｎｔｅｒｅｄｃｕｂｉｃｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．Ｗｈｅｎｔｈｅｃｏａｔｉｎｇｔｈｉｃｋｎｅｓｓｉｓ１．８ｍｍ，ａｔ１２．２ＧＨｚ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎｌｏｓｓｒｅａｃｈｅｓ－３６．７ｄＢ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｎａｎｏｎｉｃｋｅｌｐｏｗｄｅｒｓ；ｈｙｄｒｏｔｈｅｒｍａｌｒｅｄｕｃｔｉｏｎ；ｗａｖｅａｂｓｏｒｐｔｉｏｎｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ 科技的发展让电子产品给人们带来便捷，但产生电磁波危害也不容忽视。
《2024年镍合金纳米管-线的制备和磁性研究》范文
《镍合金纳米管-线的制备和磁性研究》篇一镍合金纳米管-线的制备和磁性研究一、引言随着纳米科技的飞速发展，纳米材料因其独特的物理和化学性质在众多领域展现出巨大的应用潜力。
其中，镍合金纳米管/线因其优异的磁性、机械性能和化学稳定性，在磁存储材料、传感器、催化剂等领域具有广泛的应用前景。
本文将重点介绍镍合金纳米管/线的制备方法，并对其磁性进行深入研究。
二、镍合金纳米管/线的制备1. 制备方法目前，制备镍合金纳米管/线的方法主要包括化学气相沉积法、电化学沉积法、模板法等。
其中，模板法因其操作简便、成本低廉等优点被广泛应用于镍合金纳米管/线的制备。
2. 实验步骤（1）选择合适的模板，如碳纳米管、氧化铝膜等。
（2）将镍盐和合金元素盐溶解在适当溶剂中，制备出前驱体溶液。
（3）将模板浸入前驱体溶液中，使镍盐和合金元素盐在模板表面沉积。
（4）经过热处理、退火等工艺，使镍盐和合金元素盐转化为镍合金，同时保持管状结构。
（5）最后，去除模板，得到镍合金纳米管/线。
三、磁性研究1. 磁性测量采用振动样品磁强计（VSM）对制备的镍合金纳米管/线进行磁性测量，包括磁滞回线、矫顽力、饱和磁化强度等参数的测定。
2. 磁性分析（1）镍合金纳米管/线具有优异的软磁性能，其矫顽力较低，磁化强度较高。
这主要归因于其较小的晶粒尺寸和较高的晶界密度，使得磁畴壁易于移动。
（2）合金元素的添加对镍合金纳米管/线的磁性具有显著影响。
适量添加合金元素可以进一步提高其饱和磁化强度和降低矫顽力，从而提高其磁性能。
（3）镍合金纳米管/线的磁性还与其微观结构密切相关。
通过调整制备工艺和热处理条件，可以优化其微观结构，进一步提高其磁性能。
四、应用前景镍合金纳米管/线因其优异的磁性、机械性能和化学稳定性，在众多领域具有广阔的应用前景。
例如，在磁存储材料方面，由于其高饱和磁化强度和低矫顽力，可提高磁存储密度和读写速度；在传感器方面，可利用其磁性变化对外界环境的敏感响应，实现高灵敏度检测；在催化剂方面，由于其独特的纳米管/线结构和高比表面积，可提高催化剂的活性和选择性。
纳米颗粒表征实验方法与技巧
纳米颗粒表征实验方法与技巧随着纳米科技的快速发展，纳米颗粒表征成为了研究和应用领域中一项重要的任务。
纳米颗粒表征是指对纳米颗粒的大小、形状、结构、表面性质以及其他相关属性进行精确测量和评估的过程。
有效的纳米颗粒表征实验方法与技巧对于研究和应用纳米材料具有重要意义。
本文将介绍几种常见的纳米颗粒表征实验方法与技巧。
一、粒径分析纳米颗粒的粒径分析是纳米颗粒表征中最基本的一项工作。
粒径分布对于纳米颗粒的物理性质和应用可能起到决定性作用。
目前常用的纳米颗粒粒径分析方法包括动态光散射（DLS）、静态光散射（SLS）、透射电镜（TEM）以及场发射扫描电子显微镜（FESEM）等。
动态光散射（DLS）是一种非侵入性、实时测量纳米颗粒粒径的技术。
它通过测量纳米颗粒在溶液中受到的热运动引起的散射光强变化来确定颗粒的粒径大小。
静态光散射（SLS）则是在透射光或反射光下，测量散射光强与颗粒直径的关系，并借助距离和散射角度关系的模型计算颗粒的粒径。
透射电镜（TEM）和场发射扫描电子显微镜（FESEM）则通过电子束的照射，利用电子的衍射现象和投影成像原理来观察纳米颗粒的结构和形貌，并进行粒径测量。
这些方法的优点在于能够获得高分辨率的显微图像和准确的纳米颗粒粒径。
二、表面性质分析纳米颗粒表面性质对其在多种领域的应用起着重要作用。
纳米颗粒的表面性质可以通过高分辨电子能谱（HREELS）、X射线光电子能谱（XPS）以及红外光谱等方法进行分析。
高分辨电子能谱（HREELS）是一种通过测量电子在表面与振动分子之间的能量损失来分析表面结构和反应的技术。
它被广泛应用于研究纳米颗粒的表面化学反应和表面态的变化。
X射线光电子能谱（XPS）则通过测量材料的光电子发射谱来分析样本的表面成分。
这种分析方法对于研究纳米颗粒的表面元素和元素化合物的组成非常有用。
红外光谱则通过测量样品在红外波段的吸收和散射来分析纳米颗粒的表面化学键和官能团。
红外光谱可以提供有关纳米颗粒表面上化学键和官能团类型的信息。
t255镍粉标准
T255镍粉标准一、引言镍粉，作为一种在多个行业中广泛应用的功能性材料，因其优异的物理和化学性质而被重视。
其中，T255镍粉作为一种特定的型号，由于其独特的性能和用途，在多个领域中具有重要的价值。
为了确保T255镍粉的质量和性能，制定一套标准来规范其生产、测试和应用显得尤为重要。
本文将对T255镍粉的标准进行详细的讨论，以期为相关产业的发展提供参考。
二、T255镍粉的物理和化学性质T255镍粉的物理和化学性质是其应用的基础。
一般来说，T255镍粉应具备如下特性：1.物理性质：T255镍粉应为松散的粉末，颗粒大小均匀，无结块现象。
其真密度应大于7.8g/cm³，且具有较高的流动性，以保证在生产和应用过程中的顺畅。
2.化学性质：T255镍粉应具备高纯度，其杂质含量应符合相关标准。
此外，其化学稳定性应良好，能够在不同的环境条件下保持稳定的性质。
三、T255镍粉的生产工艺生产T255镍粉需要经过一系列严格的工艺流程，以保证其质量和性能。
以下是生产T255镍粉的主要工艺步骤：1.原材料准备：选择高品质的镍原料，确保其纯度和稳定性。
2.熔炼：将镍原料熔化为液态，通过控制温度和时间来保证其充分熔解。
3.雾化：通过雾化器将液态镍雾化成微小的颗粒。
4.热处理：对雾化的镍粉进行热处理，以去除其中的杂质，并使其结构更加致密。
5.筛分：对热处理后的镍粉进行筛分，以得到粒度分布均匀的产品。
6.包装：将筛分后的镍粉进行包装，以防止其受潮和污染。
四、T255镍粉的测试方法为了确保T255镍粉的质量和性能，需要进行一系列的测试。
以下是T255镍粉的主要测试方法：1.物理性质的测试：包括对T255镍粉的松装密度、颗粒大小分布、流动性的测定。
这些测试有助于评估其在生产和应用过程中的性能。
2.化学性质的测试：通过进行光谱分析和化学滴定等方法，测定T255镍粉中的杂质含量。
同时，对其耐腐蚀性等化学性质的测定也必不可少。
3.稳定性的测试：在不同环境条件下对T255镍粉进行老化试验，以评估其在长期存储和使用过程中的稳定性。
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第 月
3
期
甘 肃 Journal of
工 业 大 学 Gansu University of
学 报 Technology
Vol. 29 Sep
t
No. 3 . 2003
文章编号 : 100025889 (2003) 0320146203
第 3 期 魏智强等 :镍纳米粉的比表面积测试研究 · 1 47 ·
属被迅速加热 、熔融 、蒸发形成金属蒸气. 金属蒸气 粒子与周围惰性气体原子的激烈碰撞 ,迅速损失能 量而冷却下来 ,造成很高的局域过饱和 ,导致均匀的 成核过程[8 ] . 在接近冷却筒表面的区域内 ,原物质 蒸气先形成原子簇 ,再形成单个晶核 ,由于单个晶核 的聚合而长大 ,最后沉积在冷却收集筒表面上 ,经过 一定时间的 Ar 气稳定钝化处理 ,就可获得松散的 镍纳米粉. 本文所测试样品为 Ar 气氛中 , 气压为 1 kPa ,电弧电流 120 A ,水冷却条件下制备的 Ni 纳 米粉. 采用日本 Rigaku 公司的 D/ Max22400X 型射 线衍射仪对样品进行物相分析 ,Cu 靶 Ka 辐射 X 射 线波长为 0. 154 056 nm ;采用 J EM21200 EX 型透射 电子显微镜分析样品的形貌和粒径 ;采用美国 Mi2 cromerities 公司的 ASAP22010 型表面吸附仪测定 B ET 比表面积.
2 结果与讨论
2. 1 Ni 纳米粉的晶体结构 、粒径和形貌 样品的 X 射线衍射谱如图 1 所示. 图中各衍射
峰与块体镍的衍射线位置比较接近 ,经比较基本一 致 ,粉末呈面心立方结构的晶态. 衍射谱图中未见其 它杂质物相衍射峰的存在 ,故所制产物为纯净的镍 粉 ,只是由于纳米粉的粒径细小导致衍射峰有些宽 化. 样品的晶粒尺寸用 XRD 峰的半高宽根据 Scher2 rer 公式 d = K/ ( B cos θ) 估算 ,式中 K 为常数 ,用铜 靶时近似为 0. 89 ; d 为晶粒尺寸 ; X 射线波长 λ = 0. 154 056 nm ;θ为衍射角 ; B 为主峰半峰宽所对应 的弧度值 ,表示单纯因晶粒度效应引起的宽化度 , B 为实测宽化 B m 与仪器宽化 B s 之差 , B s 可通过测量 标准物的半峰值强度处的宽度得到 ,衍射峰峰位及 工具宽度用高纯 99. 999 %粗晶硅来修正. 利用不同 衍射峰所对应晶面的计算结果如表 1 所示 , 可见 结果稍有差别 ,表明样品内存在结构或晶粒形状的
(111) 44. 480 2. 035 2
(200) 51. 840 1. 762 2
(220) 76. 380 1. 245 9
(311) 92. 940 1. 062 4
(222) 98. 460 1. 017 1
晶粒尺寸 I/ I0 FWHM d/ nm
100 0. 259
33
50 0. 240
· 14 8 · 甘 肃 工 业 大 学 学 报
第 29 卷
测试时先用感量为 0. 000 1 g 的天平准确称取
样品重量放于样品管中 ,然后将其安装在加热端上.
在真空度小于 1 kPa ,472～673 K 温度下 ,经过一定
时间的脱气处理 ,以清除固体表面上原有的吸附物.
再将脱气后的试样管放入冷阱 ,以 N2 为吸附质 ,在 液氮饱和温度 (78 K) 下对样品进行静态吸附 ,测试
相对压力 P/ Ps 在 0. 05～0. 35 之间试样对氮气的 吸附体积 ,不同压力下整个吸附 、脱附过程由计算机
控制. 由此得吸附等温线 ,其吸附量 V 0 与 N2 的相
对压力
P/ Ps
1 实验
用自行研制的装置采用阳极弧放电等离子体方 法制备金属纳米粉末. 实验中 , 先将真空室抽至 10 - 3 Pa ,多次采用高纯惰性气体 Ar 净化冲洗 ,降低 真空室内杂质气体的浓度 ,再充入保护气体 Ar ,并 调节气压约为 103 Pa. 接通电源后让电路处于短路 状态 ,同时让阳极金属逐渐靠近阴极使两极间引起 电弧 ,气体被电离形成稳定的等离子体[7 ] ,阳极金
收稿日期 : 2002211201 基金项目 : 甘肃省科技攻关项目 (5022041211) 作者简介 : 魏智强 (19742) ,男 ,甘肃会宁人 ,讲师 ,硕士.
入产业化阶段 ,对于与吸附 、传感 、催化 、色谱 、信息 、 冶金 、能源环境和生物医学载体等方面有关的理论 研究和生产应用都有重要意义[5 ] . 本文依据 B ET 的 多层吸附理论[6 ] ,在液氮低温下 ,N2 在固体表面上 的吸附是物理吸附 ,采用静态定容法在完全单层吸 附条件下 ,测试相对压力 P/ Ps 在 0. 05～0. 35 之间 镍纳米粉末对氮气的吸附体积 ,用 B ET 理论模型计 算出单层吸附量 ,从而计算样品的比表面积.
gy ,crystal microst ruct ure ,and graininess of it s sample. According to t he B ET multiplayer adsorption t heory ,t he static low2temperat ure nit rogen absorption isot herm met hod is adopted to measure t he absorption capacity of Ni nanopowders in liquid nit rogen circumstance ( 77 K) and gas sat uration vapor tension range. Using graphic met hod ,it s single layer adsorption capacity is determined f rom t he absorption isot herm ,and t he specific surface area of t he sample is calculated f rom t he B ET adsorption equation to be 14. 23 m2/ g.
Abstract : Pure Ni nanopowder is prepared by using anodic arc discharging plasma met hod. The product is characterized by X2ray diff raction ( XRD) ,t ransmission elect ron microscopy ( TEM) to determine t he morpholo2
固体内部各点的力场 ,被各个方向的作用力所 平衡 ,但在固体表面则不同 ,有剩余的表面自由力 场. 因此当气体分子与固体表面接触时 ,便为其表面 所吸附 ,用吸附气体分子的方法测定固体的表面积 , 就是基于 B ET 的多层吸附原理. 在液氮低温下 N2 在固体表面上的吸附是物理吸附 ,采用静态定容法 在完全单层吸附条 件 下 , 测 试 相 对 压 力 P/ Ps 在 0. 05～0. 35 之间纳米粉末外部和内部通孔表面对 氮气的吸附体积 ,用作图图解法及 B ET 线性回归法 由吸附等温线求出单层吸附容量 ,并由 B ET 吸附公 式计算出纳米粉末比表面积. 其测定方法如下 :
Investigation of measurement of specif ic surface area of Ni nanopo wder
WEI Zhi2qiang1 ,3 , Q IAO Hong2xia2 , WEN Xian2lun3 , YAN Peng2xun3
(1. School of Sciences , Lanzhou Univ. of Tech. , Lanzhou 730050 , China ; 2. College of Civil Engineering , Lanzhou Univ. of Tech. , Lanzhou 730050 , China ; 3. Lanzhou University , Lanzhou 730000 , China)
图 1 Ni 纳米粉的 X射线衍射谱图 Fig. 1 XRD pattern of Ni nanopowder
表 1 Ni 纳米粉的 XRD 测试结果 Tab. 1 XRD results of Ni nanopowders
晶面指数 ( hkl)
2θ/ (°)
d hkl (/ ×10 - 1nm)
Key words : plasma ; Ni nanopowder ; nit rogen absorption measurement ; specific surface area
纳米科技是 21 世纪最具应用开发前景的高新 技术研究学科 ,被誉为本世纪的三大关键技术 (信息 技术 、生物技术 、纳米技术) 之一. 由于纳米微粒的 比表面积很大 ,表面原子占有率高 ,表面具有未饱和 键 、悬空键的特殊电子结构 ,表面能 、表面张力随粒 径的下降而急剧增加 ,表现出小尺寸效应 、表面效 应 、量子尺寸效应和量子隧道效应等特点 [,1从] 而使 其具有许多不同与传统材料的物理 、化学奇异特 性[2 ,3 ] . 比表面积测试是各种超细固体粉末材料所 要求表征的最重要的性能指标之一 ,是纳米科技中 的重要一环 ,对于实验室阶段的粉体制备具有指导 作用[4 ] . 随着纳米制备技术的成熟 ,纳米粉体已进
有 关,
P V 0 ( Ps -
P)
=
1 VmC
+
P( C - 1) V m CPs
,其关系式称为 B ET 公式.
式中
P 为氮
气压力 , Ps 为饱和蒸气压 , V 0 为平衡吸附体积 , C
为常数 , V m 为单分子层饱和吸附体积.
根据对试样进行多点吸附测量结果 ,以 P/ [ V 0