纳米金属

产生其氧化物。由此可以推测出较纳米铜粉而言，纳米镍具有较好的稳定性。
图 4 镍粉X射线图谱
镍粉X射线标准图谱
同样选取图4中两个强峰代入谢乐公式可以得到镍粉的晶粒度平均13.7nm
2 透射电镜分析
2.1 纳米铜粉透射电镜分析
下图3为纳米铜粉的透射电镜，从图中可以看出纳米铜呈球状，粒度分布均匀,
分散性较好，有些颗粒发生了团聚，这是由于纳米铜有很高的比表面能,它们更倾向
纳米金属粉末的制备
1前言 2实验部分 3结果讨论与分析
前言
1纳米金属粒子的基本效应 1.1 体积效应
由于粒子尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为体积效应。当粒子的尺寸与 德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特性尺寸相当或更小时，晶体 周期性的边界条件将破坏；非晶态纳米粒子的表面层附近原子密度减小，导致声﹑光 ﹑电﹑磁﹑热力学等特性呈现新的体积效应。例如：光的吸收显著增加；磁有序态向 无序态﹑超导相向正常相转变；声子谱发生改变；纳米粒子的熔点远远低于块状金属； 等离子体共振频率随颗粒尺寸改变 。
纳米金属粉末制备方法很多，常见的有金属盐还原法，惰性气体冷凝法法)，
等离子体法，微乳液法，溶胶凝胶法，真空度膜法，气体蒸发法、溅射法、沉淀
法、水解法、喷雾法、水热法等众多方法。 本文利用自身还原法,以硫酸铜、硝 酸镍和甲酸为原料制备甲酸铜和甲酸镍，利用甲酸盐在分解过程中产生的一氧化 碳具有还原性，将甲酸铜与甲酸镍分别还原为单质铜与单质镍，同时由于产生的 气体阻止铜粉的团聚，在适当的溶剂可以制备出纳米级铜粉和镍粉。 Cu(HCOO)2—→Cu+CO+H2O＋CO2 Ni(HCOO)2—→Ni+CO＋CO2+H2O 3 实验方法: 3.1 CuSO4和Ni（NO3）2水溶液的配制 取CuSO4·5H2O 与Ni（NO3）2·6H2O 10.0g克分别溶于一定量的去离子水中， 过滤除去不容杂质，得到CuSO4和Ni（NO3）2水溶液。
1.2 量子尺寸效应
当离子尺寸达到纳米量级时，金属费米能及附近的电子能级由准连续变为分立能
级的现象称为量子尺寸效应。能带理论表明：纳米金属离子所包含的原子数有限，能 级间距发生分裂。当能级间隔大于热能﹑磁能﹑静电能﹑静磁能﹑光子能量或超导态 的凝聚能时纳米粒子所含的电子数的奇偶性不同，低温下的热熔磁化率有极大差别； 纳米粒子的光谱线频移﹑催化性质也与粒子所含的奇偶性有关。
3.4 纳米铜粉与纳米镍粉的制备
用玛瑙研钵将甲酸铜磨细，取0.5g甲酸铜粉末,将其分散在含20ml乙二醇和适量 水的烧杯中,在超声波分散仪中分散使甲酸铜完全溶解后,放入DF-Ⅱ型集热式磁力搅拌
器中,在170℃下加热16分钟,待溶液全部变成红褐色,将溶液冷却后倒去上层乙二醇溶
液,加入正己烷洗涤3次然后用无水乙醇洗涤3次,静置晾干后可得红褐色粉末。 纳米镍粉的制备与纳米铜粉的制备基本一样,只是将甲酸镍溶于植物油中分解,其 所得为黑色粉末。
为了得到粒径更小，分散更为均匀的纳米铜粉，亦可在反应中适当加入一些保护剂和
分散剂。
图 4 纳米镍粉的Βιβλιοθήκη Baidu射电镜图
2.3小结
由纳米铜粉与纳米镍粉的XRD与TEM分析可知，通过XRD可以确定此方法制备所得产 品分别为单质铜和镍，通过TEM可以测得此方法所制铜粉的粒径在20nm左右，镍粉粒径 在50nm左右，并且通过谢乐公式计算所得粒径基本也在此范围之间，故以甲酸盐为原 料，采用自身还原法可以制备得到纳米级铜粉和镍
3 结论
（1）分别以甲酸铜与甲酸镍为原料，不需要加入还原剂，采用自身还原法可以制 得粒径在50nm以下的铜粉与镍粉。 （2）本实验方法较其他实验方法所需仪器简单，操作简行，不需要加入分散剂和 保护剂就可以制得纳米铜粉与镍粉。 （3）本实验对所制的甲酸铜与甲酸镍进行了热分析，对实验所制纳米铜粉与镍粉 进行了X射线分析和透射电镜分析。
3.2 NaOH水溶液的配制
取NaOH 10.0g克溶于一定量的去离子水中，过滤除去不容杂质，得到NaOH水溶液。
3.3 甲酸铜与甲酸镍的制备
将氢氧化钠溶液分别滴加到硫酸铜与硝酸镍溶液中，边滴加边搅拌，直到无沉淀 生成为止，将沉淀滤出干燥后，溶于甲酸溶液中可得甲酸铜与甲酸镍溶液，将此甲酸 铜和甲酸镍溶液在恒温水浴锅70℃蒸发结晶至干，可得到甲酸铜和甲酸镍晶体。
4 产品测试
本实验主要将实验得到的金属胶体用酒精稀释后滴在镀有碳膜的铜网上做透射电
镜分析，根据透射电镜图片通过测量计算金属粉末的粒度；将实验得到的金属胶体沉 降后用酒精充分洗净后做X射线衍射分析。
实验结果讨论
1 X射线分析
1.1 纳米铜粉的XRD 图谱 下图1是制备纳米铜粉的XRD 图谱。 在图中有两个较强的衍射峰,它们 对应的相对强度分别是 898 和 382，2θ 值分为 43.340°和 50.440°,这
的催化剂。
1.4宏观量子隧道效应 微观粒子具有的穿越势垒的能力称为隧道效应，人们发现一些宏观量,例
如微粒的磁化强度﹑量子相干器件中心的磁通量也具有隧道效应，称为宏观
量子隧道效应。量子隧道效应是未来电子器件的基础，他确定了现存微电子 器件进一步微型化的极限。
实验部分
1 实验名称:自身还原法制备纳米金属粉末 2 方法原理:
1.2 纳米镍粉的XRD 图谱
下图2是制备纳米镍粉的XRD 图谱。 在图中有两个较强的衍射峰,它们对应的相对 强度分别是 533 和 170 ,2θ 值分为 44.560°和 51.880°,这些衍射峰的相对强度以 及对应的2θ 值与铜的标准XRD图谱完全一致，因而确定所得产物为单质镍。在图中几 乎没有其他杂峰，这说明此状态下所得产品纯度很大，另外，由图可知:纳米镍粉没有
图1铜粉X射线图谱
铜粉X射线标准图谱
选取图3中两个强峰代入谢乐公式：L [hkl ]= Kλ / β cos θ ，即可求出原始 晶粒粒径： 式中：λ -------入射X 射线波长 K -------为形状因子，取常数0.8900 Β ------- 为半峰宽 θ --------为入射角 结合X 射线衍射参数，可计算晶胞参数。由本X射线资料可以求得铜粉的晶粒度平 均为26.7nm。
1.3表面效应
表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒径减小而增
大后而引起的性质上的改变。随着粒径的减小，表面原子数迅速增加，粒子 的表面张力和表面能增加。原子配位不足及高的表面能，使原子表面具有很
高的化学活性，极不稳定，很容易与其他原子结合，这就是活性的原因。表
面原子的活性引起了纳米表面输运和构型的变化，也引起了表面原子的自旋 构象和电子能谱的变化。例如：化学惰性的Pt 制成纳米微粒Pt成为活性极好
些衍射峰的相对强度以及对应的2θ 值与铜的标准XRD图谱一致，因而确定所
得产物为单质铜；另外，与铜的标准XRD 图谱相比较，这两个衍射峰变的较 窄，其原因主要可能是生成的铜晶粒较大。在图中还存在两个强度很弱的衍 射峰(对应的2θ 值分别为31.88°和34.06°) ,该峰可能是其中杂质引的； 另外，纳米铜粒子的活性很大，能与空气中的氧反应生成氧化亚铜。经初步 检测，X射线中有极弱的氧化亚铜的杂峰, 据此推测本实验制备的纳米铜中 包含少量氧化亚铜。
于聚集在一起以降低表面能,使体系更加稳定。这和文献的报道是相一致的。
图 3 纳米铜粉的透射电镜图
2.2 纳米镍粉透射电镜分析
下图4为纳米镍粉的透射电镜，可以看到纳米镍呈球状，图中还有一些大颗粒，并
且有些颗粒黏结在一起，其主要是由于此样品制备时间长，一些颗粒发生了团聚，但 是仍然可以得到粒径在50nm以下纳米镍粉，这表明本方法可以也可以制得纳米镍粉。