專利名稱：納米結(jié)構(gòu)鎳粉及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及納米結(jié)構(gòu)的鎳粉及其制造方法。
背景技術(shù)：
超細(xì)鎳粉具有優(yōu)良的抗腐蝕、催化性能及具有很大的比表面積和體積效應(yīng)，可以用作化工工業(yè)的催化劑、磁記錄材料、電磁屏蔽材料、儲氫材料、導(dǎo)電膠等等，在宇航、電子、化工、冶金、軍事等方面應(yīng)用越來越廣泛。尤其是特殊形貌的金屬粉末，它在高科技方面的應(yīng)用更加廣泛。因?yàn)殡娮咏Y(jié)構(gòu)取決于界面的狀態(tài)，而粒子形貌又是影響界面結(jié)構(gòu)的一個重要因素。因此，尺寸形貌可控的納米金屬粒子的制備，受到了研究者們的廣泛重視。
已有的制造金屬鎳粉的方法很多，如機(jī)械粉碎法、構(gòu)筑法、電解法、漿化高壓氫還原法、液相還原法等等。采用這些方法制備的鎳粉，形貌單一，多為樹枝晶或類球狀金屬粉末。采用水合肼做還原劑制備超細(xì)鎳粉，已經(jīng)有不少的專利文獻(xiàn)和非專利文獻(xiàn)報道。如日本成都高能化學(xué)工業(yè)有限公司的專利申請98124035.6、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的專利申請99101538.X、北京科技大學(xué)的專利申請02148673.5、山東大學(xué)的專利申請01107728.X、北京有色金屬研究總院的專利申請01144702.8等，都報道了鎳粉的制備方法，所得的鎳粉都是類球狀，其導(dǎo)電性、成形性等性能在某些應(yīng)用領(lǐng)域里還不夠好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種刺球狀的超細(xì)納米結(jié)構(gòu)鎳粉及其制備方法。
為達(dá)上述目的，本發(fā)明的納米結(jié)構(gòu)鎳粉的特征是粉粒表面布滿納米刺狀結(jié)構(gòu)，刺的長度在20nm～800nm之間，刺的直徑在10nm～200nm之間，粉體平均粒度在50nm～3μm之間。
制備上述鎳粉的方法如下在常溫機(jī)械攪拌或/和外加超聲場的條件下，把加有堿、還原劑、表面活性劑添加劑A和十二烷基苯磺酸鈉的混合水溶液與鎳鹽水溶液混合均勻后，在50℃～98℃下反應(yīng)5～390分鐘至溶液變成黑色，冷卻、洗滌、烘干，得刺球狀鎳粉。
所述表面活性劑添加劑A為水溶性高分子聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)中的任一種，平均分子量不小于2萬，濃度為0.1～20g/L。
所述十二烷基苯磺酸鈉的濃度為0.001～20g/L。
所述鎳鹽為氯化鎳、硫酸鎳、醋酸鎳中的一種或一種以上的混合物，鎳離子的濃度為0.05～0.6mol/L。
所述還原劑為肼或水合肼，其濃度與鎳離子濃度比為2～10∶1。
所述堿為氫氧化鈉、碳酸鈉、醋酸鈉中的任一種，OH-的濃度為0.2～7mol/L。
所得還原產(chǎn)物用去離子水和丙酮交替進(jìn)行洗滌。
還原產(chǎn)物洗滌后在惰性氣體中進(jìn)行烘干。
采用本發(fā)明方法生產(chǎn)鎳粉，工藝過程簡單，易于操作，生產(chǎn)成本低廉，適宜于工業(yè)化生產(chǎn)。所得鎳粉粒徑分布范圍窄，表面布滿了刺，刺的長度在20納米至800納米之間可調(diào)，刺的直徑在10納米至200納米可調(diào)，平均粒度在50nm～3μm之間可調(diào)。
由于在鎳粉體表面分布大量納米尺度的金屬刺，可以有效地避免粉體之間的團(tuán)聚；這些納米刺在高分子中又可非常有效的起到釘扎高分子的作用，克服一般金屬粉加入高分子材料后顯著降低材料力學(xué)性能的問題，顯著改善材料的力學(xué)性能；同時納米刺增加了粉體之間的連接機(jī)會，在相同用粉條件下可提高材料的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能?？梢?，本發(fā)明所得的刺球狀納米結(jié)構(gòu)鎳粉可在更多的技術(shù)領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。


圖1是實(shí)施例1制得的刺球狀鎳粉放大2萬倍的掃描電子顯微鏡照片。
圖2是實(shí)施例2制得的刺球狀鎳粉放大3萬倍的掃描電子顯微鏡照片。
圖3是實(shí)施例2制得的刺球狀鎳粉表面刺放大25萬倍的透視電子顯微鏡照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1首先配好氯化鎳水溶液。再配好含有氫氧化鈉、水合肼、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和十二烷基苯磺酸鈉的混合水溶液，在常溫攪拌及外加超聲場的情況下將兩種溶液在反應(yīng)容器中均勻混合，保證最終鎳離子濃度為0.05mol/L，氫氧化鈉濃度為0.4mol/L，水合肼濃度為0.4mol/L，PVP濃度為0.1g/L，十二烷基苯磺酸鈉濃度為0.01g/L，然后升溫到55℃反應(yīng)。攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分，反應(yīng)時間為100分鐘。反應(yīng)結(jié)束后，溶液變成黑色，經(jīng)沉積并冷卻至常溫，用去離子水和丙酮交替進(jìn)行洗滌后，在氮?dú)庵懈稍?，得到如圖1所示納米結(jié)構(gòu)刺球狀鎳粉，刺的長度在20nm～50nm之間，刺的直徑在10nm～50nm之間，粉體粒度在50nm～150nm之間。
實(shí)施例2首先配好氯化鎳水溶液。再配好含有氫氧化鈉、水合肼、聚乙烯醇(PVA)和十二烷基苯磺酸鈉的混合水溶液，在常溫攪拌及外加超聲場的情況下將兩種溶液在反應(yīng)容器中均勻混合，保證最終鎳離子濃度為0.6mol/L，氫氧化鈉濃度為0.5mol/L，水合肼濃度為6mol/L，PVA濃度為10g/L，十二烷基苯磺酸鈉濃度為1g/L，混合均勻后升溫到90℃反應(yīng)，攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分。反應(yīng)時間為250分鐘。反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)沉積、冷卻，用去離子水、丙酮洗滌后，在氮?dú)庵屑訙馗稍?，得到如圖2、圖3所示納米結(jié)構(gòu)刺球狀鎳粉，刺的長度在150nm～800nm之間，刺的直徑在15nm～200nm之間，粉體平均粒度在1μm～3μm之間。
實(shí)施例3首先配好氯化鎳水溶液。再配好含有氫氧化鈉、水合肼、聚乙二醇(PEG)和十二烷基苯磺酸鈉的混合水溶液，在攪拌的情況下將兩種溶液在反應(yīng)容器中均勻混合，保證最終鎳離子濃度為0.1mol/L，氫氧化鈉濃度為7mol/L，肼濃度為0.5mol/L，PEG濃度為4g/L，十二烷基苯磺酸鈉濃度為0.3g/L，混合均勻后升溫到70℃反應(yīng)，攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分。反應(yīng)時間為50分鐘。反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)沉積，用去離子水和丙酮交替洗滌后，在氬氣中加熱干燥，得到納米結(jié)構(gòu)刺球狀鎳粉，刺的長度在50nm～100nm之間，刺的直徑在50nm～100nm之間，粉體平均粒度在120nm～300nm之間。
實(shí)施例4首先配好硫酸鎳水溶液。再配好含有碳酸鈉、水合肼、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和十二烷基苯磺酸鈉的混合水溶液，在外加超聲場的情況下將兩種溶液在反應(yīng)容器中均勻混合，保證最終鎳離子濃度為0.3mol/L，OH-濃度為0.5mol/L，水合肼濃度為0.6mol/L，PVP濃度為0.4g/L，十二烷基苯磺酸鈉濃度為0.001g/L，然后升溫到98℃反應(yīng)。反應(yīng)時間為5分鐘，攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分。反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)沉積并冷卻，用去離子水和丙酮交替洗滌后，在惰性氣體下加熱干燥，得到納米結(jié)構(gòu)刺球狀鎳粉，刺的長度在30nm～60nm之間，刺的直徑在50nm～100nm之間，粉體平均粒度在80nm～150nm之間。
實(shí)施例5首先配好醋酸鎳水溶液。再配好含有醋酸鈉、水合肼、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和十二烷基苯磺酸鈉的混合水溶液，在攪拌的情況下將兩種溶液在反應(yīng)容器中均勻混合，保證最終鎳離子濃度為0.1mol/L，OH-濃度為0.2ml/L，水合肼濃度為0.5mol/L，PVP濃度為20g/L，十二烷基苯磺酸鈉濃度為20g/L，然后升溫到50℃反應(yīng)。反應(yīng)時間為390分鐘，攪拌速度為200轉(zhuǎn)/分。反應(yīng)結(jié)束后經(jīng)沉積冷卻，用去離子水和丙酮交替洗滌后，在氮?dú)庵屑訜岣稍?，得到納米結(jié)構(gòu)刺球狀鎳粉，刺的長度在200nm～500nm之間，刺的直徑在100nm～200nm之間，粉體平均粒度在500nm～1.5μm之間。
權(quán)利要求
1.一種納米結(jié)構(gòu)鎳粉，其特征在于粉粒表面布滿納米刺狀結(jié)構(gòu)，刺的長度在20nm～800nm之間，刺的直徑在10nm～200nm之間，粉體平均粒度在50nm～3μm之間。
2.一種制備權(quán)利要求1所述納米結(jié)構(gòu)鎳粉的方法，其特征在于在常溫機(jī)械攪拌或/和外加超聲場條件下，把加有堿、還原劑、表面活性劑添加劑A和十二烷基苯磺酸鈉的混合水溶液與鎳鹽水溶液混合均勻后，在50℃～98℃下反應(yīng)5～390分鐘至溶液變?yōu)楹谏鋮s、洗滌、烘干，得刺球狀鎳粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述表面活性劑添加劑A為平均分子量不小于2萬的水溶性高分子聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)中的任一種，濃度為0.1～20g/L。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述十二烷基苯磺酸鈉的濃度為0.001～20g/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述鎳鹽為氯化鎳、硫酸鎳、醋酸鎳中的一種或一種以上的混合物，鎳離子的含量為0.05～0.6mol/L。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述還原劑為肼或水合肼，其濃度與鎳離子濃度比2～10∶1。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述堿為氫氧化鈉、碳酸鈉、醋酸鈉中的任一種，OH-的濃度為0.2～7mol/L。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一項所述的方法，其特征在于還原產(chǎn)物用去離子水和丙酮交替進(jìn)行洗滌。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至7中任一項所述的方法，其特征在于還原產(chǎn)物洗滌后在惰性氣體中進(jìn)行烘干。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種新型的納米結(jié)構(gòu)鎳粉及其制造方法。本發(fā)明制備的納米結(jié)構(gòu)鎳粉是一種表面布滿了納米尺寸的刺的刺球狀鎳粉，刺的長度在20納米至800納米之間可調(diào)，刺的直徑在10納米至200納米可調(diào)，納米結(jié)構(gòu)刺球狀鎳粉平均粒度在50nm～3μm之間可調(diào)。該方法是把含有鎳鹽水溶液與含有堿、還原劑和同時含有兩種表面活性劑添加劑A和十二烷基苯磺酸鈉的水溶液均勻混合后，在50℃～98℃下反應(yīng)5～390分鐘后，冷卻、洗滌、烘干，制出粒徑分布范圍窄的納米結(jié)構(gòu)刺球狀鎳粉。
文檔編號B22F9/16GK1586773SQ200410050999
公開日2005年3月2日 申請日期2004年8月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月6日
發(fā)明者任山, 張慶堂, 武輝, 洪瀾, 賴燦雄 申請人:中山大學(xué)