氧化还原法制备纳米铜研究报告

氧化还原法制备纳米铜研究报告
氧化还原法制备纳米铜研究报告

纳米铜粉制备工艺研究报告

2011年10月18日,欧盟定义纳米材料是指一种由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或人工材料,这一基本颗粒的一个或多个三维尺寸在1纳米至100纳米之间,并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有颗粒总数中占50%以上。这种材料由于量子尺寸效应,表面效应,体积效应等特性而具备特殊的性能。近些年来,随着金属及其合金制备方法的提高,越来越纯及越来越小的金属颗粒被制备出来,纳米金属的研究迅速发展。研究发现,纳米金属材料具有较好的机械性能如屈服强度、拉伸强度等[1],以及优异的电学性能,磁学性能,光学性能等等。

1铜在材料方面的应用

1.1 氧化铜的应用

铜是与人类关系非常密切的有色金属,铜是唯一能大量天然产出的金属,存在于各种矿石中;它在有色金属材料的消费中仅次于铝。其氧化物—CuO有着广泛的应用,除作为制铜盐的原料外,它还广泛应用于其他领域:如在催化领域,它对高氯酸钱的分解,一氧化碳、乙醇、乙酸乙醋以及甲苯的完全氧化都具有较高的催化活性,且对前4种反应的催化活性均排在金属氧化物之前列;在传感器方面,用CuO作传感器的包覆膜,能够大大提高传感器对CO的选择性和灵敏度;近年来,由于含铜氧化物在高温超导领域的异常特性,使CuO又成为重要的模型化合物,用于解释复杂氧化物的光谱特征。此外,它还用于玻璃、陶瓷的着色剂,油漆的防皱以及有机分析中测定化合物含碳量的助氧剂,甚至有望用作汽车尾气的净化材料[2]。

1.2纳米铜的应用

由于纳米铜粉具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应及介电限域效应等特点,因此它的物理化学性质也与传统材料大不相同。自1995年IBM的C K HU等指出纳米铜粉由于其低电阻可以用于电子连接后,其性质引起了电子界的很大兴趣。纳米铜粉作为重要的工业原料,代替贵金属粉末在制作高级润滑油、导电浆料、高效催化剂等方面可大大降低工业成本,有着广阔的应用前景。

在镍氢电池的负极中添加3-10wt.%型号VK-Cu01纳米氧化铜,就可以有效提高电池的比能量和比功率,提高电池的负极性能,还降低了负极电池的质量。纳米氧化铜(VK-Cu01,99.9%)可作为常温脱硫剂的唯一组分。纳米氧化铜在常温25-30℃条件下脱硫精度高,硫容高达18.3%-28.7%。比同等条件下的分析纯氧化铜硫容的4.65倍,是纳米氧化锌硫容的4-8倍,是首选的常温脱硫剂。美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员马克肯在润滑剂和制冷剂的标准混合物中加入适量的不同纳米粒子,发现在普通聚酯润滑剂上充分分散直径为30nm的氧化铜VK-Cu01粒子,并与普通的制冷剂(R134a)混合,可把制冷器的热传递提高50-275%。。M.M. Rashad等人[4]利用工业废料,采用水热法制得立方铁酸铜合金(CuFe2O4),结果表明在特定的温度条件下,其催化效率达到了95.9%,

饱和磁化率Ms为83.7 emu/g4。张熙凤等人[5]以表面活性剂为改性剂,抗坏血酸为还原剂,辅助微波的方法,以硫酸铜作为原料,制得了针状纳米铜,将该纳米铜添加到环氧树脂中显示出了很好的导电性能。

1.3纳米铜在生物材料方面的应用

美国学者报道了纳米制造技术在制造通过荧光示踪剂和抗体来识别生物分子的分光镜式纤维探测器上的应用,并制备出了基于聚合物/聚合物染色多层结构的荧光探测器和基于聚合物/金纳米颗粒/抗原体的细胞质基因探测器,这两个探测器系统的性能在有限范围内相对于目标参照物都显示出精确而灵敏的反应[6]。S. Ashok Kumar等人[3]利用电化学的方法将纳米氧化铜沉积在ZnO薄膜上,制成能够选择性探测D(+)-葡萄糖的传感器Cu-NPs/ZnO复合电极,该电极具有较高的灵敏度,稳定性,回复性,选择性及快速响应性等。

1968 年智利的zipper 在小动物实验中发现铜、锌等金属盐有明显的抗生育作用。1969 年Tatum 和Zipper 合作,比较惰性T 形宫内节育器(IUD)和带铜丝T 形IUD 的临床效果,证明铜确实能增加避孕效果且铜的表而积与避孕效果之间存在肯定的关系,利用纳米金属铜/聚合物基复合材料来制作IUD,其中的铜纳米颗粒在宫腔液中除产生具有避孕作用的可溶Cu2+外,由于纳米金属铜颗粒的尺寸效应,它的其它主要腐蚀产物之一的Cu2O也必然处于纳米尺度,因其具有巨大的表面积所产生额外的表面能,使Cu2O 处于非常不稳定的状态,进而更有效地转化成Cu2+。另外,由纳米金属/聚合物复合材料制成的IUD,不存在因金属铜的断裂和脱落而不得不提前取出等问题,可以最大限度地利用金属铜[7]。正因为这两方面的原因,金属铜的有效利用率可以得到极大的提高。在使用年限不变的情况下,由纳米金属/聚合物复合材料制作IUD,由于金属铜的有效利用率的大幅提高,可以大大地减轻含铜IUD 的重量,从而减轻含铜IUD 带来的某些副作用;在含铜IUD 中金属铜的含量不改变的情况下,由纳米金属/聚合物复合材料制成的IUD,由于金属铜的有效利用率的大幅提高,它的使用年限也将比现在的含铜IUD 大大延长。

2纳米铜的制备方法

一般要求纳米铜粉产物纯度高,粒径分布均匀且较窄,颗粒未团聚,表面未氧化,结晶好,超细铜粉的制备方法大致可以分为物理法、物理化学结合法和化学法,采用不同的工艺条件可以制备出具有较大差异的铜粉。

2.1 物理法

球磨法:利用介质和物料间相互研磨和冲击,并辅以助磨剂或大功率超声粉碎来达到微粒的细微化[8]。谢中亚等人[9]采用高能行星球磨机对粗颗粒铜进行研磨,在不同的球磨参数下,通过磨球的撞击使粉粒变形、焊合、断裂等过程不断地重复进行,随着时间的延长,颗粒不断细化,得到了超细铜纳米颗粒。

等离子体法:等离子体法的反应速度快、生产区域大、操作简单,几乎可以制备任何纯金属超细粉。直流电弧等离子体法(DC) 、高频等离子体法(RF)及混合等离子体法(Hybridplasma) 。DC法在高温条件下操作,电极容易熔化而污染产物;RF法的能量利用率低,稳定性差;混合等离子体法将前两法结合起来,既有较大的

等离子体空间,又有较高的生产效率,产品纯度高,方法稳定性好H. Suematsu 等人[10]采用金属丝放电法(PWD),利用激光产生的瞬时高温使粗铜蒸发,然后冷凝,生成了铜纳米线,尺寸大概为50个纳米。

γ射线辐照法:γ射线辐照基本原理是将铜盐在γ射线下还原成铜粒子。γ射线使溶液生成溶剂化电子,不需要使用还原剂就可还原铜离子,经成核生长形成铜颗粒。γ射线的优点是在常温常压下易于操作,颗粒生成的同时进行保护,可以防止颗粒团聚,可规模化生产朱英杰等人[11]以CuSO4溶液为制备纳米铜原料,以十二烷基硫酸钠为表面活性剂,加入EDTA二纳盐形成稳定的络合物,然后在Co源中辐照,水热处理数小时后即可得到金属纳米铜粉。

2.2化学法

溶胶-凝胶法:其过程是将金属有机醇盐或无机盐溶液水解,使溶质聚合成溶胶后再凝胶固化,干燥后经磨细、煅烧得到纳米粒子。R. Thinesh Kumar,P. Suresh 等人[12]采用一种称之为“Pechini”的电输运的改进的溶胶-凝胶方法来制备纳米铜铝尖晶石氧化物,其过程:将硝酸铜及硝酸铝溶解在蒸馏水中,加入柠檬酸作为凝胶剂,室温下进行搅拌,调整溶液PH值,600℃下焙烧,900℃下进行烧结,得到粒径为20-30nm的晶粒。

电解法:制备铜粉一种比较成熟且工业生产铜粉的常见方法。制备过程一般是间隔10~20min将沉积在阴极的铜粉刮掉,以避免颗粒长大。另外,还需经过球磨、分筛等工艺才能最终得到铜粉。超声电解法是改进的电解法,利用超声振动和空化作用产生高压或射流使沉积的铜颗粒脱离阴极表面,并以微小颗粒悬浮于电解液中。Ting-Kai Huang等[13]提到CuCl2溶解到CTAC及HNO3中,290 k温度下水浴加热,取溶液用碳电极中间加入直流电压电解,沿着碳电极就长出了宽为50nm、厚度为20nm、长度为10μm铜纳米带。

微乳法:两种互不相溶的溶液在表面活性剂作用下形成微乳状液,反应物在其中反应生成固相产物,即双亲分子将连续介质分割成微小空间形成“微反应器”,其成核、晶体生长、聚结、团聚等过程受到微反应器的限制,从而控制了纳米粒子的粒径,同时表面活性剂包膜也解决了纳米微粒团聚的问题,最终形成了包裹有一层表面活性剂的有一定凝聚态结构和形态的纳米粒子。

2.3 物理化学法

采用物理和化学相结合的方法,集物理方法和化学方法于一身,大量制备高纯铜及其合金纳米颗粒。

机械化学合成法:F. Shehata等[14]采用两种不同路线合成了铜铝纳米复合材料,结论说明第三相更有助于合成颗粒更小的纳米复合材料。第一种是将铜加入到硝酸铝溶剂中,另外一种方法是将铜加入到硝酸铝及氢氧化铵的混合溶剂中,两种方法都是将混合液加热得到固体粉末,然后进行球磨,即可得到氧化铜及氧化铝的纳米材料。以氢气作为还原气氛还原氧化铜即可得到纳米铜颗粒。作者还进一步研究了将氧化铜及氧化铝在950℃,600Mpa的条件下进行烧结,第一种方法得到的CuAlO2尖晶石的尺寸为50nm,第二种方法得到的颗粒尺寸为30nm。另外Elina Manova等人[15]用二步法即共沉淀和机械球磨的方法制得了立方型铁钠米酸铜CuFe粉末。

雾化法:通过将金属熔融后压入喷嘴,再利用压缩空气、惰性气体或水把熔融的金属吹散成极小的金属颗粒珠。美国等工业发达国家已逐步采用雾化氧化还原技术生产低松装密度铜粉来取代电解法生产铜粉,所生产的铜粉既有电解铜粉低的松装密度,又有水雾化铜粉的良好流动性。

3液相还原法制备纳米铜

化学方法合成纳米材料的方法之一,其原理是将还原剂加入到含铜盐的溶液中,在一定条件下,发生氧化还原反应,将铜离子还原成铜颗粒。常用的还原剂有甲醛、抗坏血酸、次亚磷酸钠、硼氢化钠/钾、水合肼、锌粉等。根据还原剂的不同,可分类为甲醛还原法、水合肼还原法、次亚磷酸钠还原法、抗坏血酸还原法、葡萄糖预还原法、锌粉还原法等,下面就其中几种制备方法作出总结。

3.1硼氢化钾还原法

早在2004年,国内就有人提到利用硼氢化钾化学还原法制得的铜粉分散性好、呈类球型、粒径约20nm[16],其实验方法如下:

利用一定浓度的CuSO4溶液,分别配成含络合剂EDTA的溶液A1,A2含EDTA 及分散剂NP,按摩尔比n(KBH4):n(KOH)为1:8及1:10的比例分别配制KBH4和KOH的混合B1及B2,将溶液A1在一定时间内分别滴人B1和B2溶液中,并强烈搅拌。同样的方法将A2滴人B1和B2溶液中。将上述所得到的微粒经洗涤和真空干燥,然后将溶液A1和A2分别与B2反应所产生的两种微粒浸人乙醇并经超声波分散,经透射电镜观察形貌及料径可知,含NP后制得的铜粉呈类球形、分散性较好、粒度均匀、粒径为20nm左右。

Manish Kumar Niranjan, Jayanta Chakraborty[17]采用相同的还原剂,但制得了粒径为2~4nm的铜纳米材料。其制备方法可由下图1表示

图1 硼氢化钾还原法示意图

1 CuCl2·2H2O溶入到的HCl溶液中,制得50mM的CuCl2标准溶液,同样将NaHB4溶入到50 mM NaOH的氢氧化钠溶液中,制得硼氢化钠溶液。

2先将CuCl2加入到去氧水中中稀释,一会儿加入NaHB4溶液并立即用手进行振荡,在空气中可观察到溶液逐渐变红,说明铜粉被氧化。

3 相转移法制备纳米铜

将5ml的甲苯及20μL的正十二硫醇加入到10ml的铜胶体溶液中,充分震荡2分钟形成乳胶溶液。然后在此乳胶溶液中加入50mM HCl,并继续振荡1分钟,最后静置即可。

3.2水合肼还原法

即用水合肼(N2 H4 ·H2O)还原铜盐的方法。兰州理工大学于梦娇等人[18]用水合肼(N2H4·H2O)还原五水硫酸铜(Cu2SO4·5H2O) ,添加适量的OP等作为表面活性剂,在超声的条件下,还原剂采用滴入的方式加入到硫酸铜与OP的混合溶液中。得到平均粒径约40nm,颗径分布较窄、呈球形,表面未氧化的纳米铜粉。Wanheng Lu等人[19]以钴盐与镍盐摩尔比为1:1的量及适量的表面活性剂溶解在乙二醇溶液中,水浴加热一段时间后,加入氢氧化钠及水合肼,溶液变蓝,立即加热搅拌20-30分钟。经过冷却,离心,洗涤,干燥即可得到60nm 大小的CoNi 颗粒。

另外湖南大学的Yan Zhao等[23]对氧化还原的机理作了进一步地研究,提出了当还原剂N2H4与CuO的比例不同时,所制备的铜纳米颗粒就具备不同的形态。下图就铜如何生长作出了解释。

图2 纳米铜生长机理研究示意图

将CuSO4·5H2O及表面活性剂混合搅拌几分钟,然后在混合液中加入200ml 的NaOH溶液,当溶液颜色变为黑棕色时,生成了片状CuO颗粒。接着在此混合体系中加入N2H4及NaOH混合液,就有中间产物Cu2O颗粒产生。N2H4与CuO的比例为R。当R=30时,颗粒迅速地转变成为了铜颗粒,这些颗粒易团聚形成球状,并且随着时间的延长,球的表面生长出片状结构。若还原剂的量较少时,如R=20时,Cu2O有足够的时间转化为Cu,于是Cu发育比较完全,就生成了铜八面体结构。若再进一步的用还原剂进行还原,就得到了铜纳米颗粒。

3.3抗坏血酸还原法

一般而言,还原铜盐是不能得到纯净的纳米铜颗粒,这是因为溶液中存在着氧分子,铜颗粒易被氧化,导致得到了亚铜离子。

研究人员利用水-有机反应界面工艺(AOIRT)制得了特定大小、形状及分布范围较小的铜颗粒[20]。制备过程如下图所示。

图3 实验流程图(a)

首先将CuSO4及抗坏血酸混合,加入油酸使二者开始反应,将溶液进行搅拌使其均匀分布,经过一个小时的老化后,在水及有机溶剂间制得了一层颗粒膜。另外还可由Langmuir–Blodgett工艺将薄膜转移到固态基体中。若生成的膜转移到液相中时,加上少量的诱导剂,可以发现铜膜消失代之以出现了稳定的红色物。同样地,制成的有机溶胶也可转化生成纳米颗粒。

除了利用相转移的方法制得纳米铜颗粒,Yang Jian-guang等[21]采用两步还原法也同样制得粒径为20-30nm的颗粒,实验流程如下图

图4 实验流程图(b)

油酸的作用是萃取Cu2+,葡萄糖作为第一还原剂将Cu2+准剂量还原成Cu+,抗坏血酸将Cu+还原成纳米铜,尺寸为45nm.

最近一两年,有关液相还原法制备铜纳米颗粒的研究成为热点。2011年,M. Blosi 等[22]借用微波加热的方法来制备纳米铜,如下图所示。

图5 实验流程图(c)

先将溶剂及螯合剂配成均匀溶液,微波加热的作用就是用来控制温度速率,待到反应温度后加入还原剂及金属盐,将铜离子还原得到铜离子胶体悬浮液。

4制备方法总结

4.1物理方法

制备出来的铜纳米颗粒粒度分布均匀且分散性好,例如采用物理气相沉积的方法可制备粒径30nm~90nm的铜微粒,高能行星球磨机对粗颗粒铜粉进行湿法超细研磨,得到了50~70nm铜粒子,这种工艺相对比较简单,因此有利于实现大规模的产业化生产,但对设备的要求较高,且大量耗能;等离子体法的反应速度快、生产区域大、操作简单,几乎可以制备任何纯金属超细粉,但需要高温条件下操作,电极容易熔化而污染产物,并且能量利用率低,稳定性差,现在一般采用混合等离子法;γ射线辐照法产品纯度高,可在常温下操作,但生成的产物难于收集的问题还有待很好解决。

4.2化学方法

溶胶-凝胶法低温下制备纯度高、粒度分布均匀、化学活性高的纳米铜。但是由于其成本高又有污染, 所以不是很适合于大规模产业化。电解法制备的铜粉纯度高、比表面积大、压缩性和成型性好,电解法生产出来的铜粉虽然在性能上优于其他方法生产的,但是电解法的生产效率相对较低,并且废液在排放前要进行严格的治理,使得电解铜粉的生产受到严重制约。微乳法制备纳米颗粒可使纳米颗粒的成核及长大过程能均匀的进行;而且通过调节影响微反应器的外界因素而制备出理想的单分子纳米颗粒,另外纳米粒子在微乳液中长期存在,不易团聚,但需要找到合适的表面活性剂、助表面活性剂、油类组成的透明的、各向同性的热力学稳定体系。

4.3物理化学法

综合了物理及化学的方法,属于新方法,在国内外的研究均比较少,介绍的有雾化法,超声法等,需进一步研究。

4.4液相还原法

目前制备金属纳米材料最常用的方法,它通过液相的氧化还原反应来制备纳米微粒,一般是在常温常压下进行,且颗粒尺寸非常小,为50nm以下。

1硼氢化钾还原法

制得的纳米铜颗粒为2-4nm,由于有BH4-作保护,铜纳米颗粒稳定且不需添加额外的活性剂;正十二硫醇用量少,避免了溶液污染。整个合成过程特别快,得到铜纳米颗粒只需要一分钟,而相转移过程也只需三分钟左右。

2水合肼还原法

在整个反应过程中,水合肼的滴加速度关系到铜粉颗粒的成长速度和颗粒粒度大小,要求缓慢均匀加入。该法制备的金属粉纯度高,形貌及粒径易于控制, 原料成本低廉。此外, 水合肼作为还原剂还具有在碱性条件下还原能力强、其氧化产物是干净的N2, 不会引入杂质金属离子,新生成的铜粉颗粒表面被同时生成的气体所包围,反应过程不易二次团聚等优点。但水合肼的还原性太强,水合肼还原性较强,在很短的时间内就可以将铜离子还原成铜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成铜超微粒子,导致产生的颗粒小且不均匀性差。

3抗坏血酸法

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无害, 故受到人们的普遍欢迎。但是如果直接用抗坏血酸进行还原,则得到的铜纳米颗粒尺寸较大,精度不高。现在的制备一般采用二步法,一般采用预还原剂如葡萄糖进行预还原,将二价的铜盐还原成亚铜离子,用葡萄糖做还原剂相当于延长了Cu2O中间体的生长过程,从而以Cu2O的颗粒的大小和分布来影响铜粉。然后使用抗坏血酸作进一步的还原,得到纳米铜。采用此种方法可制得颗粒大小为20-30 nm 的铜粉,而且比较稳定,在空气中也不发生氧化。

5问题及展望

物理法制备工艺存在成本较高, 设备昂贵, 工艺复杂等问题,而一般的化学法易引入杂质; 而液相还原法由于其具有设备简单,工艺流程短, 产量大, 易工业化生产等优点, 得到了人们的青睐,但需要解决还原剂有毒、成本高等问题,必须要找到合适的还原剂。

纳米铜的制备过程中,由于铜粉颗粒尺寸为纳米级,容易被空气氧化,而且易团聚。解决铜粉易氧化、易团聚的问题, 寻找一种更环保的还原剂, 开发一种更简单的制备工艺, 将使超细铜粉的应用领域更加广阔。

参考文献

[1]. Kumar, K.S., H. Van Swygenhoven and S. Suresh, Mechanical behavior of nanocrystalline metals and alloys. Acta Materialia, 2003. 51(19): p. 5743-5774.

[2]. 文瑾与李洁, 纳米铜粉的研究进展. 金属功能材料, 2011(1): 第55-59页.

[3]. 王玉棉等, 超细铜粉的制备方法、存在问题及应用. 材料导报, 2007: 第126-129页.

[4]. Rashad, M.M., et al., Magnetic and catalytic properties of cubic copper ferrite nanopowders synthesized from secondary resources. Advanced Powder Technology, 2012. 23(3): p. 315-323.

[5]. Zhang, X., et al., Preparation of needle shaped nano-copper by microwave-assisted water system and study on its application of enhanced epoxy resin coating electrical conductivity. Applied Surface Science, 2008. 254(18): p. 5757-5759.

[6]. Te, K., et al., Cu nanoparticle preparation in a tube-in-tube microchannel reactor and encapsulation by silica. Materials Letters, 2010. 64(15): p. 1717-1719.

[7]. 夏先平, 新型宫内节育器材料——纳米金属铜/聚乙烯复合材料的制备与表征, 2005, 华中科技大学.

[8]. 黄凌云等, 我国超细铜粉研究及生产现状. 化学通报, 2008(5): 第356-360页.

[9]. 谢中亚与徐建生, 高能球磨法制备纳米金属铜粒子工艺条件研究. 润滑与密封, 2006(3): 第126-128页.

[10]. Suematsu, H., et al., Pulsed wire discharge apparatus for mass production of copper nanopowders. Review of scientific instruments, 2007. 78(5): p. 056105--056105.

[11]. Kugai, J., et al., Effect of support for Pt-Cu bimetallic catalysts synthesized by electron beam irradiation method on preferential CO oxidation. Applied Catalysis B: Environmental, 2012.

[12]. Kumar, R.T., et al., Comparative study of nano copper aluminate spinel prepared by sol–gel and modified sol–gel techniques: Structural, electrical, optical and catalytic studies. Journal of Alloys and Compounds, 2012. 522(0): p. 39-45.

[13]. Huang, T., et al., Glucose sensing by electrochemically grown copper nanobelt electrode. Journal of Electroanalytical Chemistry, 2009. 636(1–2): p. 123-127.

[14]. Shehata, F., et al., Fabrication of copper–alumina nanocomposites by mechano-chemical routes. Journal of Alloys and Compounds, 2009. 476(1–2): p. 300-305.

[15]. Manova, E., et al., Nanosized copper ferrite materials: Mechanochemical synthesis and characterization. Journal of Solid State Chemistry, 2011. 184(5): p. 1153-1158.

[16]. 吴昊与张建华, 化学还原法制备纳米铜粉. 广东有色金属学报, 2004(2):

第101-103页.

[17]. Niranjan, M.K. and J. Chakraborty, Synthesis of oxidation resistant copper nanoparticles in aqueous phase and efficient phase transfer of particles using alkanethiol. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2012. 407(0): p. 58-63.

[18]. 于梦娇, 王玉棉与侯新刚, 超声条件下水合肼还原制备纳米铜粉. 粉末冶金工业, 2007(6): 第19-23页.

[19]. Lu, W., D. Sun and H. Yu, Synthesis and magnetic properties of size-controlled CoNi alloy nanoparticles. Journal of Alloys and Compounds, 2013. 546(0): p. 229-233.

[20]. Yang, J., et al., Synthesis of copper monolayer and particles at aqueous–organic interface. Surface Science, 2006. 600(24): p. L318-L320. [21]. Jian-Guang, Y., et al., A new method for preparing hydrophobic nano-copper powders. Journal of materials science, 2007. 42(18): p. 7638--7642.

[22]. Blosi, M., et al., Microwave-assisted polyol synthesis of Cu nanoparticles. Journal of Nanoparticle Research, 2011. 13(1): p. 127--138. [23]. Zhao, Y., et al., Synthesis, growth mechanism of different Cu nanostructures and their application for non-enzymatic glucose sensing. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 2012. 409(0): p. 105-111.

氧化锌粉体的制备方法

1.纳米氧化锌的性质 1.1表面效应 表面效应是指纳米粒子表面原子与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大后所引起的性质上的变化,随着粒径减小,表面原子数迅速增加,另外 ,随着粒径的减小,纳米粒子的表面积、表面能及表面结合都迅速增大这主要是由于粒径越小,处于表面的原子数越多表面原子的晶场环境和结合能与内部原子不同表面原子周围缺少相邻的原子,有许多悬空键,具有不饱和性质 ,易与其它原子相结合而稳定下来,故具有很大的化学活性 ,晶体微粒化伴有这种活性表面原子的增多,其表面能大大增加伴随表面能的增加 ,其颗粒的表面原子数增多 ,表面原子数与颗粒的总原子数的比值被增大 ,于是便产生了“表面效应”,即“表面能”与“体积能”的区分就失去了意义 ,使其表面与内部的晶格振动产生了显著变化 ,导致纳米材料具有许多奇特的性能 1.2体积效应 当纳米粒子的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或更小时,周期性的边界条件将被破坏,磁性、内压、光吸收、热阻、化学活性、催化剂及熔点等都较普通粒子发生了很大的变化 ,这就是纳米粒子的体积效应这种体积效应为实用开拓了广阔的新领域。 2.纳米氧化锌的制备技术 制备纳米氧化锌的方法主要是物理法和化学法。其中,化学法是常用的方法。 2.1物理法 物理法包括机械粉碎法和深度塑性变形法。机械粉碎法是采用特殊的机械粉碎、电火花爆炸等技术 ,将普通级别的氧化锌粉碎至超细。其中张伟等人利用立 式振动磨制备纳米粉体 ,得到了α-Al 2O 3 ,ZnO、MgSiO 3 等超微粉 ,最细粒度达 到 0. 1μm此法虽然工艺简单 ,但却具有能耗大,产品纯度低 ,粒度分布不均匀 ,研磨介质的尺寸和进料的细度影响粉碎效能等缺点。最大的不足是该法得不到1—100nm 的粉体 ,因此工业上并不常用此法;而深度塑性变形法是使原材料在净静压作用下发生严重塑性形变 ,使材料的尺寸细化到纳米量级。这种独特的方法最初是由 Islamgaliev 等人于 1994 年初发展起来的。该法制得的氧化锌粉体纯度高,粒度可控,但对生产设备的要求却很高。总的说来 ,物理法制备纳米氧化锌存在着耗能大 ,产品粒度不均匀,甚至达不到纳米级,产品纯度不高等缺点,工业上不常采用,发展前景也不大。 2.2化学法 化学法具有成本低 ,设备简单 ,易放大进行工业化生产等特点。主要分为溶胶-凝胶法、醇盐水解法、直接沉淀法、均匀沉淀法等。 2.2.1溶胶-凝胶法 溶胶-凝胶法制备纳米粉体的工作开始于 20 世纪60年代。近年来,用此法制备纳米微粒、纳米薄膜、纳米复合材料等的报道很多。它是以金属醇盐Zn(OR) 2为原料 ,在有机介质中对其进行水解、缩聚反应 ,使溶液经溶胶化得到凝胶 ,凝胶再经干燥、煅烧成粉体的方法。此法生产的产品粒度小、纯度高、反应温度低(可以比传统方法低 400 —500 ℃) ,过程易控制;颗粒分布均匀、团聚少、介电性能较好。但成本昂贵 ,排放物对环境有污染 ,有待改善。

纳米氧化锆汇总

二氧化锆纳米材料 一.用途:纳米氧化锆本身是一种耐高温、耐腐蚀、耐磨损和低热膨胀系数的无机非金属材料,由于其卓越的耐热绝热性能,20世纪20年代初即被应用于耐火材料领域。 自1975年澳大利亚学者K.C.Ganvil首次提出利用ZrO2相变产生的体积效应来达到增韧陶瓷的新概念以来,对氧化锆的研究开始异常活跃。——利用其高硬度、抗磨损、耐刮擦、不燃的特性,极大的提高涂料的耐磨性和耐火效果。由于其导热系数低、并具备特殊光学性能,可用于军事、航天领域的热障涂料及隔热涂料。纳米复合氧化锆具备特殊光学性能,对紫外长波、中波及红外线反射率达85%以上;且其自身导热系数低,可提高其隔热性能。——由于不同晶型纳米氧化锆体积不同,可制备具备自修复功能的功能性涂料。 纳米复合氧化锆行业主要企业产能分布

二.目前的制备方法:化学气相沉积(CVD)法,液相法(包括醉盐水解法,沉淀法,水热法,徽乳液法,溶液姗烧法等),徽波诱导法及超声波法等几大类。 三.具体介绍方法:利用溶胶-凝胶法制备出高度有序的二氧化锆纳米管 简介:溶胶一凝胶法是指金属醉盐或无机盐经水解形成溶胶,然后使溶胶一凝胶化再将凝胶固化脱水,最后得到无机材料.在无机材料的制备中通常应用溶胶—凝胶方法,与传统的合成方法相比,具有高纯度、多重组分均匀以及易对制备材料化学掺杂等优点.该方法要使前驱体化合物水解形成胶体粒子的悬浮液(溶胶)后,成为聚集溶胶粒子组成凝胶,凝胶经过热处理得到所需的物质.溶胶—凝胶沉积法广泛用于在模板的纳米通道中制备纳米管或线.本文主要结合溶胶—凝胶法和模板合成法制备二氧化锆纳米管.由于锆的无机盐价格便宜且对大气环境不敏感[,我们利用锆的无机盐(氯化氧锆)作为前驱体溶液制备稳定的溶胶. 具体过程:

电化学法制备纳米铜粉

文章编号:167325196(2008)0320009203 电化学法制备纳米铜粉 徐建林1,2,陈纪东1,2,张定军1,2,马应霞1,2,冉 奋1,2,龙大伟1,2 (1.兰州理工大学甘肃省有色金属新材料重点实验室,甘肃兰州 730050;2.兰州理工大学有色金属合金及加工教育部重点实验室,甘肃 兰州 730050) 摘要:在十二烷基硫酸钠、吐温80、苯、正丁醇、十二烷基硫醇和硫酸铜混合而成的乳液中,采用电化学合成的方法制备稳定的、粒径均匀的Cu 纳米颗粒.采用XRD 、TEM 及FT -IR 对所制备的Cu 纳米颗粒的结构、形貌、粒径大小及表面键合性质进行表征.结果表明,制备的纳米铜粉为球型颗粒,分散较好,尺寸较为均匀,约为60~80nm ,并且具有立方晶型结构;得到的纳米铜颗粒表面含有一层有机物质,形成了包覆层较薄的核壳结构,这种包覆层阻止了纳米铜粉在空气中或水中的团聚和氧化,起到提高纳米铜颗粒的分散性和稳定性的作用.关键词:纳米颗粒;Cu ;乳液;电化学中图分类号:TB383 文献标识码:A Preparation of copper nano 2powder by using electrochemical method XU Jian 2lin 1,2,C H EN Ji 2dong 1,2,ZHAN G Ding 2jun 1,2 MA Y ing 2xia 1,2,RAN Fen 1,2,LON G Da 2wei 1,2 (1.State Key Lab.of Gansu Advanced Non 2ferrous Metal Materials ,Lanzhou Univ.of Tech.,Lanzhou 730050,China ;2.Key Lab.of Non 2ferrous Metal Alloys ,The Ministry of Education ,Lanzhou Univ.of Tech.,Lanzhou 730050,China ) Abstract :Stable and uniform Cu nanoparticles was p repared wit h electrochemical met hod in emulsio ns containing of sodium dodecyl sulfate ,tween 80,benzene ,12butanol ,dodecyl mercaptan and CuSO4?5H 2O.The morp hology and struct ure of t he resulting copper nanoparticles were investigated wit h XRD ,TEM and F T 2IR.It was found t hat t he copper nano 2powder was of sp herical st ruct ure wit h a better dis 2persity ,uniform particlesize.t he average size being 60~80nm and cubic crystalline.A layer of organic compound was absorbed on t he surface of copper nanoparticles ,forming a shell 2core st ruct ure wit h t hin surface coating film ,which could be p revent t he Cu nano 2powder f rom aggregation and oxidation in t he at 2mo sp here or water ,and increase t he dispersibility and stability of t he Cu nanoparticles as well. K ey w ords :nanoparticles ;Cu ;emulsions ;elect rochemist ry 纳米铜颗粒的比表面积大,表面活性中心数多,在石油化工和冶金中是良好的润滑剂;此外,纳米铜颗粒具有极高的活性和选择性,可以用作高分子聚合物的氢化和脱氢化反应的催化剂[1,2].1995年,Pekka [3]等指出纳米铜由于其低电阻而可用于电子 连接,引起电子界的很大兴趣.纳米铜粉也可用于制 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生产起重要作用. 目前,常用的制备纳米铜粉的方法有:机械化学 收稿日期:2007201207 作者简介:徐建林(19702),男,陕西岐山人,博士,副教授. 法、气相蒸汽法、化学还原法、辐照还原法等.此外,Gedanken 等人报道了一种用自还原前驱体制备纳米铜的方法[4],Pileni 等人用表面活性剂囊泡技术制备了各种形状的铜纳米颗粒[5].机械化学法制备的粉体组成不易均匀,粉末易团聚,粒径分布宽,所以缺乏现实意义;气相蒸汽法所需原料气体价格昂贵,设备复杂,成本高.目前研究最多的是液相还原法,但是液相还原又需要用到一些剧毒的还原剂,这对研究者本身或者是环境都会造成危害.电化学合成方法具有反应条件温和、仪器设备简单、无毒无污染的优点,是合成纳米材料的有效手段之一[6,7]. 本文采用电化学电解法,在十二烷基硫酸钠、吐 第34卷第3期2008年6月兰 州 理 工 大 学 学 报 Journal of Lanzhou University of Technology Vol.34No.3 J un.2008

共沉淀法制备BaO-ZrO2(BSZ)纳米粉体研究

0引言 单斜和四方相的转变是马氏体相变的体现[1],对 ZrO 2陶瓷的韧性有很大的影响,这就是相变增韧.很 多氧化物如CaO,MgO,CuO,Al 2O 3都被研究人员加入ZrO 2中[2-3],希望能够达到增韧的作用[4-9].对ZrO 2而言,在常温下稳定的四方相越多,陶瓷韧性越好[5].ZrO 2的相转变过程如下: m -ZrO 2ρ=5.8g ·cm -3 ΔV=-5%(1000~1200℃)ΔV =8%t-ZrO 2ρ=6.1g ·cm -3-2300℃ c-ZrO 2 ρ=6.27g ·cm -3 -2700℃ melt 目前关于BaO-ZrO 2(BSZ )系统相变增韧的研究不够深入.Maschio 等人研究得出,当BaO 摩尔含量为4%~8%时,主要以单斜和立方相形式存在;当摩尔含量为10%~12%时,以立方相形式存在;摩尔含量达到16%以上时均为四方相[10].Oyama 等对 文章编号:1674-9669(2013)01-0008-06 共沉淀法制备BaO-ZrO 2(BSZ )纳米粉体研究杨 斌,刘姗姗 (江西理工大学材料科学与工程学院,江西赣州341000) 摘 要:通过采用氯氧化锆(ZrOCl 2)、BaCl 2水溶液与NaOH 共沉淀反应,生成钡稳定氧化锆的前驱 体,该前驱体经过预烧结后得到BaO-ZrO 2粉体.研究了搅拌速率、pH 值、反应温度、预烧结温度对粉体结晶度的影响.通过分析BSZ 粉体的X 射线衍射(XRD )和扫描电镜(SEM )结果得出,搅拌速率为 280rad/min 、pH 值为10、反应温度为80℃、预烧结温度为800℃是合成BSZ 粉体的最佳工艺条件. 关键词:共沉淀;BSZ ;纳米粉体;相结构;结晶度中图分类号:TF123.2;TG146 文献标志码:A Preparation process of BaO-ZrO 2(BSZ )nano powder via co-precipitation method YANG Bin,LIU Shan-shan (School of Materials Science and Engineering,Jiangxi University of Science and Technology,Ganzhou 341000,China ) Abstract :NaOH was added as precipitating agent to the solutions of zirconyl chloride hydrate and barium chloride.Zirconia-baryta materials were obtained by sintering BSZ precursors produced by co-precipitation method.X-ray diffraction and scanning electron microscopy were used to study the crystallization behavior and particle morphology of BSZ powder.The Experiment results show that the optimal technological conditions of synthesizing BSZ powders were,stirring rate is 280rad/min,pH is 10,reaction temperature at 80℃,and pre-sintering temperature at 800℃. Key words:co-precipitation;BSZ;nano powder;phase structure;crystallization 收稿日期:2012-11-19 基金项目:国家高技术研究发展计划资助项目(863计划)(2010AA03A408)作者简介:杨 斌(1965- ),男,博士,教授,主要从事铜合金材料研究与开发、有色金属材料加工新技术新工艺研究、稀土新材料制备的研究, E-mail :yangbin65@https://www.360docs.net/doc/2d13088377.html,. 有色金属科学与工程 第4卷第1期2013年2月 Vol.4,No.1Feb.2013 Nonferrous Metals Science and Engineering

实验7--沉淀法制备纳米氧化锌粉体

实验七 沉淀法制备纳米氧化锌粉体 一、实验目的 1、了解沉淀法制备纳米粉体的实验原理。 2、掌握沉淀法制备纳米氧化锌的制备过程和化学反应原理。 3、了解反应条件对实验产物形貌的影响,并对实验产物会表征分析。 二、实验原理 氧化锌是一种重要的宽带隙(3.37 eV)半导体氧化物,常温下激发键能为60 meV 。近年来,低维(0维、1维、2维)纳米材料由于具有新颖的性质已经引起了人们广泛的兴趣。氧化锌纳米材料已经应用在纳米发电机、紫外激光器、传感器和燃料电池等方面。通常的制备方法有蒸发法、液相法。我们在这里主要讨论沉淀法。 沉淀法是指包含一种或多种离子的可溶性盐溶液,当加入沉淀剂(如OH --,CO 32-等)后,或在一定温度下使溶液发生水解,形成不溶性的氢氧化物、氧化物或盐类从溶液中析出,并将溶剂和溶液中原有的阴离子洗去,得到所需的化合物粉料。 均匀沉淀法是利用化学反应使溶液中的构晶离子由溶液中缓慢均匀地释放出来。而加入的沉淀剂不是立即在溶液中发生沉淀反应,而是通过沉淀剂在加热的情况下缓慢水解,在溶液中均匀地反应。 纳米颗粒在液相中的形成和析出分为两个过程,一个是核的形成过程,称为成核过程;另一个是核的长大,称为生长过程。这两个过程的控制对于产物的晶相、尺寸和形貌是非常重要的。 制备氧化锌常用的原料是可溶性的锌盐,如硝酸锌Zn(NO 3)2、氯化锌ZnCl 2、醋酸锌。常用的沉淀剂有氢氧化钠(NaOH )、氨水(NH 3. H 2O )、尿素(CO(NH 2)2)。一般情况下,锌盐在碱性条件下只能生产Zn(OH)2沉淀,不能得到氧化锌晶体,要得到氧化锌晶体通常需要进行煅烧高温。均匀沉淀法通常使用尿素作为沉淀剂,通过尿素分解反应在反应过程中产生NH 3 H 2O 与锌离子反应产生沉淀。反应如下: O H NH CO O H NH CO 23222223)(?+→+ (1) OH -的生成: -+ +→?OH NH O H NH 423 (2) CO 32-的生成: O H CO NH CO O H NH 223422322++→+?-+ (3)

纳米氧化锆-2017.12.21

纳米氧化锆相关资料分析 第一章 项目概况 投资公司:XXXXX 有限公司 技术支持:XXXXXX 研发团队 投产项目:5nm 级氧化锆 总投资金额:2000万元 资金来源:融资方式 预计年产纳米氧化锆1200吨,单价40万元/吨,预计年总营业额4.8亿元。 第二章 产品介绍 通常情况下Z r O 2有四种存在形式:无定形、常温下稳定的单斜晶相,常温下稳定的四方晶相(添加稳定剂),高温下稳定的立方晶相。 立方晶 四方晶 单斜晶 常规情况下:单斜氧化锆加热到1170度转化为四方氧化锆,这个转变速度很快并伴随7%-9%的体积收缩,但在冷却过程中,四方氧化锆往往不在1170度转变为单斜氧化锆,而在1000度左右转变,是一种滞后的转变,同时伴随着体积的膨胀。为了避免回到单斜相,必须通过外来氧化物对高温晶型进行稳定。这样,稳定的氧化锆在室温至熔点的 温 度 范围内以相同的稳定的晶型存在。 单斜晶 四方晶 预投产项目可以在温度为420度时,即可在无须添加氧化稳定剂的情况下制备出5nm 级别四方晶相氧化锆。在目前市场,并未有同等级别产品。但是,制备温度的改变以及没有填加稳定剂的情况下,在常温条件晶体的稳定性及物理、化学性能是否改变,需研发团队出具具体技术结果。 1170o C 1000o C

二、国内因素 (1)2017年11月锆英砂价格上涨3.13%至9900元/吨,港口库存环比下降3.26%至13.64万吨。海南地区为国内主要锆矿砂资源地,海南省国土资源厅为保护当地资源,将严格控制锆英砂等矿物产量,未来国内锆英砂供给量或将减少,锆英砂价格或将在高位继续上行。(2)国内环保限产影响全国约一半的氧氯化锆产能,氧氯化锆价格仍将持续提升。2017年山东等地氧氯化锆产能由于环保不达标被限制生产,国内氧氯化锆供应出现短缺,价格快速上涨,最新成交价格15000元/吨,较年初9900元/吨上涨52%,随着冬季城市取暖季限产即将来临,预计氧氯化锆环保限产仍将持续,氧氯化锆价格仍将上涨。 作为生产企业投产纳米氧化锆,需要稳定的原材料来源以稳定产品的价格与质量,而锆英砂垄断性比较高,几大垄断巨头控制定价权。国内氧氯化锆生产受制于环保要求,大规模减产。所以投产纳米氧化锆需要稳定的原材料来源,以确保生产销售的稳定性。

纳米氧化铜的制备及应用前景

(1)以硝酸铜为原料、氢氧化钠.碳酸钠混合溶液为沉淀剂,采用直接沉淀法,通过反应沉淀、过滤、洗涤、干燥、焙烧,制备纳米氧化铜的工艺技术是可行的。通过单因素、正交试验分析,综合考虑产品粒径和制备过程铜收率,得到沉淀反应过程适宜的工艺条件组合是:反应温度25℃,沉淀剂浓度O.5mol/L,反应时间20min,沉淀剂用量1.5:1 ;适宜的焙烧条件是:400℃下焙烧2小时;此时铜收率可达97%以上,产品粒径可达14nm(2)以硬脂酸钠为改性剂对纳米氧化铜粉体进行表面改性处理,各工艺条件较适宜的取值范围为:改性剂用量6~8%;改性时间20~30min;改性温度55~65℃:pH值7.5~8.0。 以十二烷基苯磺酸钠为改性剂对纳米氧化铜粉体进行表面改性处理,各工艺条件较适宜的取值范围为:改性剂用量6~lO%;改性时间20~30min;改性温度25~35℃;pH值7.5~8.0。 第一章 综 述 1.1纳米氧化铜的性质、用途及国内外研究现状 1.1.1纳米粒子的基本物理效应㈣’1∞ 当粒子的尺寸进入纳米数量级(1~100m)时,其本身就会具有表面效应、 体积效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,因而表现出许多一般固体材料所不具备的奇特物性,主要包括光学、电学、磁学、热学、催化和力学等性质。1.表面效应粒子表面原子与内部原子所处的环境不同,当粒子减小,粒子直径进入纳米数量级时,表面原子的数目及作用就不能忽略,而且这时粒子的比表面积、表面能和表面结合能都会发生很大的变化。人们把由此引起的特殊效应统称为表面效 应。 一般情况下,随着粒径的减小,粒子的表面原子数迅速增加,比表面积急剧变大,表面效应不容忽略。从物理概念上讲,表面原子与体内原子不~样,表面原子的能量比体内原子要高,因此纳米粉体具有高的表面能。以纳米铜微粒为例, 当铜微粒粒径由100m逐渐减小为1mn时,纳米铜微粒的比表面积、表面原子 数分率和比表面能随粒径的变化如表1.1所示。 表卜1 纳米铜微粒的比表面积、表面原子数分率和比表面能随粒径的变化 4 2.体积效应 当物质的体积减小时,.将会出现两种情况:一种是物质本身的性质不发生变化,而只是与体积密切相关的性质发生变化,如对于半导体材料来说,其电子自由程变小;另一种是物质本身的性质也发生了变化。因为纳米微粒是由有限个原子或分子组成的,它改变了物质原来由无数个原子或分子组成的属性,所以纳米材料的性质发生了很大的变化。这就称为纳米粒子的体积效应。 3.量子尺寸效应 当粒子尺寸降低到某一值时,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散能级的现象和半导体微粒存在不连续的最高被占据分子轨道和最低未被占据分子轨道能级、能隙变宽的现象均称为量子尺寸效应。在纳米半导体中,量子尺寸效应的存在使得银纳米微粒在达到一定尺度时由导体变为绝缘体;而半导体二氧化钛禁带宽度在粒径小到纳米级时显著变宽。在纳米磁性材料中,随着晶粒尺寸的减小,样品的磁有序状态将发生本质性的变化。粗晶状态下的铁磁性材料,当颗粒尺寸小于某一临界值时可以转变为超顺磁状态。这种奇特的磁性转变主要是由量子尺寸效应造成的,从而使得纳米材料与常规的多晶材料在磁性结构上存在很大的差异。4.宏观量子隧道效应宏观物体,当动能低于势能的能垒时,根据经典力学规律是无法逾越势垒的;而对于微观粒子,如电子,即使势垒远较粒子动能高,量子力学计算表明,粒子的态函数在势垒中或势垒后就非零,这表明微观粒子具有进入和穿越势垒的能力,称之为隧道效应。宏观物理量如磁化强度等,在纳米尺度时将会受到微观机制的影响,也即微观的量子效应可以在宏观物理量中表现出来,称之为宏观量子 隧道效应。 早期人们曾在研究中用宏观量子隧道效应来解释镍超微粒子在低温继续保持超顺磁性。近年来人们发现Fe.Ni薄膜中畴壁运动速度在低于一

氧化还原法制备纳米铜研究报告

纳米铜粉制备工艺研究报告 2011年10月18日,欧盟定义纳米材料是指一种由基本颗粒组成的粉状或团块状天然或人工材料,这一基本颗粒的一个或多个三维尺寸在1纳米至100纳米之间,并且这一基本颗粒的总数量在整个材料的所有颗粒总数中占50%以上。这种材料由于量子尺寸效应,表面效应,体积效应等特性而具备特殊的性能。近些年来,随着金属及其合金制备方法的提高,越来越纯及越来越小的金属颗粒被制备出来,纳米金属的研究迅速发展。研究发现,纳米金属材料具有较好的机械性能如屈服强度、拉伸强度等[1],以及优异的电学性能,磁学性能,光学性能等等。 1铜在材料方面的应用 1.1 氧化铜的应用 铜是与人类关系非常密切的有色金属,铜是唯一能大量天然产出的金属,存在于各种矿石中;它在有色金属材料的消费中仅次于铝。其氧化物—CuO有着广泛的应用,除作为制铜盐的原料外,它还广泛应用于其他领域:如在催化领域,它对高氯酸钱的分解,一氧化碳、乙醇、乙酸乙醋以及甲苯的完全氧化都具有较高的催化活性,且对前4种反应的催化活性均排在金属氧化物之前列;在传感器方面,用CuO作传感器的包覆膜,能够大大提高传感器对CO的选择性和灵敏度;近年来,由于含铜氧化物在高温超导领域的异常特性,使CuO又成为重要的模型化合物,用于解释复杂氧化物的光谱特征。此外,它还用于玻璃、陶瓷的着色剂,油漆的防皱以及有机分析中测定化合物含碳量的助氧剂,甚至有望用作汽车尾气的净化材料[2]。 1.2纳米铜的应用 由于纳米铜粉具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应及介电限域效应等特点,因此它的物理化学性质也与传统材料大不相同。自1995年IBM的C K HU等指出纳米铜粉由于其低电阻可以用于电子连接后,其性质引起了电子界的很大兴趣。纳米铜粉作为重要的工业原料,代替贵金属粉末在制作高级润滑油、导电浆料、高效催化剂等方面可大大降低工业成本,有着广阔的应用前景。 在镍氢电池的负极中添加3-10wt.%型号VK-Cu01纳米氧化铜,就可以有效提高电池的比能量和比功率,提高电池的负极性能,还降低了负极电池的质量。纳米氧化铜(VK-Cu01,99.9%)可作为常温脱硫剂的唯一组分。纳米氧化铜在常温25-30℃条件下脱硫精度高,硫容高达18.3%-28.7%。比同等条件下的分析纯氧化铜硫容的4.65倍,是纳米氧化锌硫容的4-8倍,是首选的常温脱硫剂。美国国家标准与技术研究院(NIST)的研究人员马克肯在润滑剂和制冷剂的标准混合物中加入适量的不同纳米粒子,发现在普通聚酯润滑剂上充分分散直径为30nm的氧化铜VK-Cu01粒子,并与普通的制冷剂(R134a)混合,可把制冷器的热传递提高50-275%。。M.M. Rashad等人[4]利用工业废料,采用水热法制得立方铁酸铜合金(CuFe2O4),结果表明在特定的温度条件下,其催化效率达到了95.9%,

胶体金(纳米金Gold Nanoparticles)的制备步骤和注意事项

胶体金(纳米金Gold Nanoparticles)的详细制备步骤和注意事项 胶体金的制备一般采用还原法,常用的还原剂有柠檬酸钠、鞣酸、抗坏血酸、白磷、硼氢化钠等。下面介绍最常用的制备方法及注意事项。 1、玻璃容器的清洁:玻璃表面少量的污染会干扰胶体金颗粒的生成,一切玻璃容器应绝对清洁,用前经过酸洗、硅化。硅化过程一般是将玻璃容器浸泡于5%二氯二甲硅烷的氯仿溶液中1分钟,室温干燥后蒸馏水冲洗,再干燥备用。专用的清洁器皿以第一次生成的胶体金稳定其表面,弃去后以双蒸馏水淋洗,可代替硅化处理。 2、试剂、水质和环境:氯金酸极易吸潮,对金属有强烈的腐蚀性,不能使用金属药匙,避免接触天平称盘。其1%水溶液在4℃可稳定数月不变。实验用水一般用双蒸馏水。实验室中的尘粒要尽量减少,否则实验的结果将缺乏重复性。 金颗粒容易吸附于电极上使之堵塞,故不能用pH电极测定金溶液的pH值。为了使溶液pH值不发生改变,应选用缓冲容量足够大的缓冲系统,一般采用柠檬酸磷酸盐(pH3~5.8)、Tris-HCL (pH5.8~8.3)和硼酸氢氧化钠(pH8.5~10.3)等缓冲系统。但应注意不应使缓冲液浓度过高而使金溶胶自凝。 3、柠檬酸三钠还原法制备金溶胶: 取0.01%氯金酸水溶液100ml 加热至沸,搅动下准确加入1%柠檬酸三钠水溶液0.7ml,金黄色的氯金酸水溶液在2分钟内变为紫红色,继续煮沸15分钟,冷却后以蒸馏水恢复到原体积,如此制备的金溶胶其可见光区最高吸收峰在535nm,A1cm/535=1.12。金溶胶的光散射性与溶胶颗粒的大小密切相关,一旦颗粒大小发生变化,光散射也随之发生变异,产生肉眼可见的显著的颜色变化,这就是金溶胶用于免疫沉淀或称免疫凝集试验的基础。 金溶胶颗粒的直径和制备时加入的柠檬酸三钠量是密切相关的,保持其他条件恒定,仅改变加入的柠檬酸三钠量,可制得不同颜色的金溶胶,也就是不同粒径的金溶胶,见附表。附表100 ml 氯金酸中柠檬酸三钠的加入量对金溶胶粒径的影响 1%柠檬酸三钠ml 0.30 0.45 0.70 1.00 1.50 2.00 金溶胶颜色蓝灰紫灰紫红红橙红橙 吸收峰(nm) 220 240 535 525 522 518 径粒(nm) 147 97.5 71.5 41 24.5 15 4、柠檬酸三钠-鞣酸混合还原剂:用此混合还原剂可以得到比较满意的金溶胶,操作方法如下:取4ml1%柠檬酸三钠(Na3C6H5O7.2H2O),加入0~5ml1%鞣酸,0~5ml 25mmo/L K2CO2(体积与鞣酸加入量相等),以双蒸馏水补至溶液最终体积为20ml,加热至60℃取1ml1%的HAuCl4,加于79ml双蒸馏水中,水浴加热至60℃,然后迅速将上述柠檬酸-鞣酸溶液加入,于此温度下保持一定时间,待溶液颜色变成深红色(约需0.5~1小时)后,将溶液加热至沸腾,保持沸腾5分钟即可。改变鞣酸的加入量,制得的胶体颗粒大小不同。 5、白磷还原法:在120ml双蒸馏水中加入1.5ml1%氯金酸和1.4ml 0.1mol/L K2CO3,然后加入1ml五分之一饱和度的白磷乙醚溶液,混匀后室温放置15分钟,在回流下煮沸直至红褐色转变为红色。此法制得的胶体金直径约6nm,并有很好的均匀度,但白磷和乙醚均易燃易爆,一般实验室不宜采用。 要得到大小更均匀的胶体金颗粒,可采用甘油或蔗糖密度梯度离心,经分级后制得胶体金颗粒直径的变异系数(CV)可小于15%。 免疫胶体金制备 1、蛋白质的处理:由于盐类成分能影响金溶胶对蛋白质的吸附,并可使溶胶聚沉,故致敏前应先对低离子强度的水透析。必须注意,蛋白质溶液应绝对澄清无细小微粒,否则应

《纳米氧化锌制备法》word版

氧化锌制备工艺2008-06-04 12:21阅读(4)评论 (0) D0208、氧化锌制备工艺(本技术资料含国家发 明专利、实用新型专利、科研成果、技术文献、技术说明书、技术配方、技术关键、工艺流程等,全套价格260元) (氧化锌*制备 氧化锌*制取氧化锌*生产氧化锌*开发氧化锌*研究) (氧化锌制备氧化锌制取氧化锌生产 氧化锌开发氧化锌 研究) 1、氨法制取氧化锌方法 2、氨浸法生产低堆积密度纳米氧化锌的方法 3、氨水·碳铵联合浸取络合制备高纯度活性氧化锌的方法 4、氨水循环络合法生产高纯度活性氧化锌的工艺 5、表面包覆金属钛或铝化合物的纳米氧化锌粉体及制备方法 6、表面改性的纳米氧化锌水分散体及其制备方法和用途

7、超声波-微波联合法从锌浮渣中制备活性氧化锌的方法 8、超微粒子氧化锌及其制造方法和使用其的化妆材料 9、超微氧化锌制取的工艺与装置 10、超细活性氧化锌的制备方法 11、超细氧化锌复合物及其制备方法 12、成核生长分步进行的液相制取超细氧化锌的方法 13、从低品位含锌物料制备纳米活性氧化锌的方法 14、从含锌烟道灰制取氧化锌的工艺 15、从菱锌矿制氧化锌技术 16、从铜--锌废催化剂中回收铜和氧化锌的方法 17、等离子法制取氧化锌工艺及设备 18、低温热分解法制备纳米氧化锌 19、低温易烧结的纳米级氧化锌粉末的制备方法 20、多功能纳米氧化锌悬浮液及其制备方法21、改进的碳酸氢铵全湿法制取高活性氧化锌

22、改性的超细氧化锌及其制备方法 23、高白色氧化锌微粒及其制造方法 24、高级氧化锌制备工艺 25、固相低温热分解合成晶态和非晶态超微氧化锌粉末的制备 26、过氧化锌的制备方法 27、回转窑冶炼生产氧化锌的工艺方法 28、活性氧化锌的生产工艺方法 29、活性氧化锌及高纯氧化锌制备工艺 30、活性氧化锌生产工艺 31、碱法生产活性氧化锌的工艺方法 32、颗粒氧化锌的生产工艺方法 33、颗粒状氧化锌生产装置 34、粒状高活性氧化锌的制造方法及其产品35、联合法矿粉直接生产高纯度氧化锌新工艺36、菱锌矿制取高纯氧化锌的方法 37、硫化锌精矿焙砂与氧化锌矿联合浸出工艺38、硫化锌矿与软锰矿同槽浸出制取氧化锌和碳酸锰的方法

柠檬酸钠还原法制备金纳米粒子

柠檬酸钠还原法制备金纳米粒子实验 一、试剂和材料 1) 柠檬酸钠(Na3C6H507?2H2O,AR) 天津市化学试剂三厂 2) 氯金酸溶液(HAu Cl4?4 H2O),用王水(硝酸:盐酸=1:3(浓溶液的体积比)配制)溶解99.99%纯金制备。 3) 所用水均为超纯水(电阻值大于15 MΩ) 4) 所用玻璃仪器均经王水洗液充分浸泡处理,使用前用超纯水洗净并烘干。 5)仪器圆底瓶(50 mL)、冷凝管(含2 条橡皮管)、漏斗、滴管、刻度吸量管(10 mL)、量筒(50 mL)、安全吸球、磁搅拌子、电磁加热搅拌器、烧杯、计时器、试管(1 支)、样品瓶(25 mL)等. 实验方法 (一)小粒径金纳米粒子(约15 nm)的制备 1. 取5 mL 浓硝酸与15 mL 浓盐酸混合于100 mL 烧杯中配制王水。将所需使用的圆底瓶、吸量管、磁搅拌子、样品瓶等以王水浸润约1 分钟,再将王水倒入回收烧杯中,以大量去离子水将器皿冲洗干净,最后以超纯水淋洗2 次,而后倒置滴干。 注1:反应器具需以王水(HNO3/HCl = 1/3 (v/v))浸洗器皿内壁,王水必须完全冲洗干净,以免残余王水影响后续制备反应。 注2:王水因具强腐蚀性及刺激臭味,使用时需穿戴乳胶手套并在通

风橱中清洗。王水用后回收作为最后清洗器具使用。 2. 使用已洗净后的量筒量取1 mM 的四氯金酸溶液45 mL 至100mL 圆底瓶中,加入1 个磁搅拌子。 3. 如图2-1架设回流加热装置:以铁夹固定圆底瓶于铁支架上,再将圆底瓶置于电磁搅拌器上,调整至适当位置使搅拌子能顺利搅拌。 4. 装接冷凝管于圆底瓶的上方使磨砂口接合紧密,以铁夹固定冷凝管;连接冷凝管的橡皮管,让冷却水自下端流入、上方排出。 注:橡皮管需先沾水以便利装接,装接的深度应足够以免脱落。冷凝管充满水后,将冷却水水量调小,以节省用水。 5. 开启电磁加热搅拌器之加热及搅拌调控钮让溶液均匀搅拌及加热至溶液沸腾。

氧化锌制备方法

将mol·L-1的NaOH乙醇溶液缓慢滴加到含有mol·L-1的Zn(NO3)2·6H2O乙醇溶液中. 将混合溶液转移至高压反应釜中, 在130℃下反应12 h, 将反应产物经二次去离子水、乙醇等洗涤后, 在130 摄氏度下干燥,即可获得纯ZnO纳米棒. 在 ZnCl2 溶液 mol/L) 中加入一定量的 SDS, 搅拌下于 65 ℃将 Na2CO3 溶 液滴加到该溶液中 (120 滴/min, n(Na 2CO 3 )/n(ZnCl2) = 2),恒温反应 h. 将反 应液倒入聚四氟乙烯罐中, 在150~160 ℃进行水热反应 12 h, 自然冷却后离心分离, 用去离子水洗涤到无水Cl?离子, 再用无水乙醇洗涤 2~3 次, 50 ℃真空干燥 2 h, 300 ℃焙烧 3 h, 即制得 ZnO 纳米管. 将0. 1 L0. 1 mo l/ L二水合醋酸锌的乙醇溶液置于带冷凝管和干燥管的0. 5 L 圆底烧瓶中, 在80 ℃搅拌3 h, 不断收集冷凝物, 最后可获得0. 04 L 中间物和0. 06 L 冷凝物. 将中间物迅速用冷的绝对乙醇稀释至0. 1 L, 冷至室温, 得0. 1 mol/ L 中间产物. 氨水沉淀法制备纳米氧化锌 在水——乙醇介质中用氨水沉淀法制备出了纳米Zn(OH) 2 和ZnO材料,讨论了介质组成对沉淀产物ZnO微粒的粒径范围及形貌的影响,并研究出由Zn(OH)2分解为纳米ZnO的最佳干燥脱水条件为200℃、2h。表明本方法不需高温处理就可得到颗粒均匀且分布窄的ZnO纳米材料,粒径可达17~6nm。 一、试剂与仪器 主要原料为氯化锌、无水乙醇、氨水等,均为分析纯试剂。 仪器为微型滴定管、磁力搅拌器、恒温干燥烘箱。 二、试验方法 以水——乙醇为溶剂,其中醇的体积含量分别为0%(去离子水)、20%、60%、100%。将氯化锌、氨水配制成不同浓度的溶液(不同浓度是多少)。取一定体积(一定体积是多少)的氯化锌乙醇溶液于烧杯中,加以适当速度搅拌,不同浓度的氨水从微型滴管中缓慢滴入氯化锌乙醇溶液中,使之进行反应。控制氨水用量,调节pH值为左右,确定滴定终点。反应得到的白色沉淀物,经抽滤洗涤后自然风干 即为Zn(OH) 2纳米粉,Zn(OH) 2 经干燥(200℃、2h)脱水后,为ZnO纳米粉

纳米铜微粒制备实验

纳米铜微粒制备 (物教101林晗) 摘要 纳米科技正是指在纳米尺度上研究物质的特性和相互作用以及利用这些特性的科学技术。经过近十几年的急速发展,纳米科技已经形成纳米物理学、纳米化学、纳米生物学、纳米电子学、纳米材料学、纳米力学和纳米加工学等学科领域。 本实验用冷凝法制备纳米颗粒铜,不同压力下颗粒大小和色泽是不同的,对结果做了一些讨论分析。 关键字:纳米颗粒铜蒸汽冷凝法 引言 20世纪80年代末以来,一项令世人瞩目的纳米科学技术正在迅速发展。纳米科技将在21世纪促使许多产业领域发生革命性变化。关注纳米技术并尽快投入到与纳米科技有关的研究,是本世纪许多科技工作者的历史使命。 在物理学发展的历史上,人类对宏观领域和微观领域已经进行了长期的、不断深入的研究。然而介于宏观和微观之间的所谓介观领域,却是一块长期以来未引起人们足够重视的领域。这一领域的特征是以相干量子输运现象为主,包括团簇、纳米体系和亚微米体系,尺寸范围约为1~1000nm。 但习惯上人们将100~1000nm范围内有关现象的研究,特别是电输运现象的研究领域称为介观领域。因而1~100nm的范围就特指为纳米尺度,在此尺度范围的研究领域称为纳米体系。

目录 摘要 (1) 引言 (1) 1.纳米微粒的制备 (2) 1.1纳米微粒制备方法 (2) 1.2本实验的蒸汽冷凝法 (3) 2.实验仪器 (4) 2.1实验总设备 (4) 2.2实验仪器部件 (4) 3.实验内容 (5) 3.1准备工作 (5) 3.2制备铜纳米微粒 (5) 4实验现象的记录与分析 (6) 4.1实验现象 (6) 4.2实验现象分析 (6) 总结 (7) 参考文献 (7) 1.纳米微粒的制备 1.1纳米微粒制备方法 利用宏观材料制备微粒,通常有两条路径。一种是由大变小,即所谓粉碎法;一种是由小变大,即由原子气通过冷凝、成核、生长过程,形成原子簇进而长大为微粒,称为聚集法。由于各种化学反应过程的介入,实际上已发展了多种制备方法。 微粒制备通常有以下几种方法:(1)粉碎法(2)化学液相法(3)气相法

光化学法制备金纳米粒子

班级:12应化1 W学号 :12331106 姓名 : 陈柏霖 《贵金属纳米材料》课程作业(02) 查阅中外文文献,实例说明:运用微乳液法或光化学合成法合成贵金属纳米粒子。要求:给出原料、列出详细可靠的实验过程、给出所获得的贵金属纳米粒子的物相、形貌和粒度等直观证据、给出来源文献。 光化学法制备金纳米粒子 一.原料 氯金酸(HAuCl4,天津市文达稀贵试剂化工厂),分析纯; 二水合柠檬酸三钠(C6H5Na3O7?2H2O,天津市化学试剂一厂),分析纯,简TSC; N-聚乙烯吡咯烷酮([OC(CH2)3NCHCH3]n,K30,聚合度 360,天津市博迪化工有限公司),分析纯,简称 PVP;单宁酸(C76H52O46,天津市化学试剂六厂),分析纯; 聚已二醇(HO(CH2CH2O)nH(n=68-84),平均分子量 4000,天津市科欧化学试剂开发中心),化学纯,简称 PVA; 实验用水均为二次蒸馏水。 实验光源一:500 W 卤钨灯,工作波段为 250~2500 nm; 实验光源二:30 W 紫外灯(U 型),紫外线波长约 95%为 253.7 nm; UV-1100紫外/可见分光光度计(北京瑞利分析仪器有限公司); JEM-100CXII 型透射电镜(日本电子公司)。 二.纳米金溶胶的制备方法 1、柠檬酸钠还原法制备金胶体 取 100 m L 0.01wt%HAuCl4煮沸后逐滴加入不同量的 0.01wt%的柠檬酸三钠溶液,维持沸腾10钟,得到紫红色的金纳米粒子的溶胶。 2、光还原和光诱导制备金胶体 按方法 1 在煮沸的氯金酸滴加柠檬酸钠以后,移至光源下照射,观察颜色由深变浅最后稳定为紫红色,并与不经煮沸直接光源照射的试样比较。 3、单宁酸-柠檬酸钠还原法制备金胶体

纳米氧化锆的制备及其干燥技术_温立哲

收稿日期:2001-05-17 基金项目:广东省自然科学基金(000028);广东省教育厅自然科学研究项目资助(2000024) 作者简介:温立哲(1975-),男,2000级硕士研究生,主要研究方向为纳米氧化锆的制备. 纳米氧化锆的制备及其干燥技术 温立哲1,余忠民2,黄慧民1,周立清1,邓淑华 1 (1 广东工业大学轻工化工学院,广东广州510090 2 广东省质量监督局,广东广州510240) 摘要:纳米氧化锆是一种新型的高科技材料,由于其具有很多特殊的性质,因而有着广泛而重要的用 途 本文根据国内外研究制备纳米氧化锆的最新进展和其发展趋势,综述了纳米氧化锆的各种制备 的方法和干燥技术,并提出目前制备中存在的问题 关键词:纳米材料;氧化锆;干燥 中图分类号:TQ134.12 文献标识码:A 文章编号:1007-7162(2002)01-0063-07引 言 纳米级材料是指晶粒尺寸在0 1nm 到100nm 之间处于原子簇和宏观物体交接区域的超细微粒,由于纳米结构单元的尺度与物质中许多特性长度,如电子的德布洛意波长、超导相干长度、隧穿热垒厚度、铁磁性临界尺寸等相当,从而导致了纳米材料具有了不同于微观的原子、分子,也不同于宏观物体的物理化学特性 二氧化锆是一种具有高熔点(2700 )和高沸点、导热系数小、热膨脉系数大、耐高温、耐磨性好、抗蚀性能优良的金属氧化物材料 纳米级二氧化锆粉体材料因具有某些独特性能,如常温下为绝缘体,高温下则具有导电性、敏感特性、增韧性等 目前已用于制造结构陶瓷(如反应堆包套、航空发动机的排杠、汽缸内衬等)、功能陶瓷(如气体、温度、湿度、声传感器等)、压电陶瓷、电子陶瓷(如电容器、震荡器、蜂鸣器、调节器、电热组件等)、生物陶瓷、高温燃料电池、高温光学组件、磁流体发电机电极等高科技产品 有研究表明:100nm 的ZrO 2在拉伸疲劳试验中晶粒出现了300%的超塑性,由于晶粒粒径的减小,材料性能有了数量级的提高,烧结温度大大下降 作为添加剂它能使脆性材料增韧,韧性材料强度更强,使陶瓷材料的脆性问题可望得到解决 由于ZrO 2的化学稳定性好,表面同时具有酸性和碱性,同时拥有氧化性和还原性,又是 型半导体,易产生氧空穴,用作催化剂载体可与活性组份产生较强的相互作用 另外由于超细粒子具有高的比表面积和丰富的表面缺陷,所以超细Zr O 2在催化领域的应用前景广阔 因此研究纳米氧化锆的制备应用技术意义重大,已成为目前科技工作者关注和研究的热点[1],这也是我国九五规划重点发项目之一,以下就其制备和干燥技术进行介绍 1 纳米ZrO 2制备方法 纳米微粒的制备方法一般可分为物理方法和化学方法,化学法又可分为气相化学法和液相第19卷第1期 2002年3月广东工业大学学报Journal o f Guangdong University of Technology Vol 19No 1 March 2002

相关文档
最新文档