專利名稱：立方體形銅顆粒的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于金屬光電功能材料的制備和應用技術領域，特別是涉及立方體形銅顆粒的制備方法。
背景技術：
金屬顆粒的形貌控制是近年來納米材料科學領域引人注目的研究方向。納米材料的形貌對納米材料的物理和化學性質(zhì)，包括光學，電學，磁學以及催化等性能有重大影響。例如，對不同形貌的銀納米顆粒的研究表明，三角形、五邊形和球形的顆粒在光學顯微鏡下分別顯示出紅色、綠色和藍色[Mock，J.J.；Barbic，M.；Smith，D.R；Schultz，D.A.；Schultz，S.J.Chem.Phys.2002，116，6755]。金屬棒狀顆粒的長徑比直接影響著材料的光學各向異性。此外，鎳、鈷納米棒的磁性受到形貌的影響[Maillard，M.；Giorgio，S.；Pileni，M.P.J.Phys.Chem.B.2003，107，2466]。
銅是一種重要的金屬材料，金屬中的導電性僅次于銀，但其價格比銀低得多，因而廣泛用于電子工業(yè)。此外，還可廣泛應用于催化、冶金、涂料、樹脂、潤滑油和熱傳導等方面。近年來，人們對銅材料的形貌控制進行了研究，已經(jīng)制備出球形、短棒狀等多種形貌的銅納米材料。但立方體形的銅材料的制備還未見報道。
在我們的制備方法中，通過控制反應條件，可以合成具有均勻尺寸的立方體形銅顆粒。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備立方體形銅顆粒的方法。采用本方法工藝簡單，操作方便，生產(chǎn)成本低。
本發(fā)明的目的是通過下述技術方案實現(xiàn)的采用液相還原法制備，通過還原劑還原銅鹽，制得的銅顆粒為立方體形。
具體方法的步驟如下
(1).分別配制銅鹽和還原劑水溶液，其中溶液中銅鹽的濃度為2×10-6～1×10-2摩/升，優(yōu)選為2×10-5～5×10-3摩/升；還原劑的濃度為5×10-4～1摩/升，優(yōu)選為3×10-3～0.5摩/升。
(2).將步驟(1)配制的銅鹽和還原劑水溶液混合，使混合后溶液中的銅鹽濃度為1×10-6～5×10-3摩/升，優(yōu)選為1×10-5～1×10-3摩/升；還原劑的濃度為2×10-5～0.1摩/升，優(yōu)選為5×10-4～1×10-2摩/升。在20～70℃下攪拌0.5～3小時，得到黃色懸浮液。離心分離，得到立方體形銅顆粒，顆粒邊長在80～300nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。
所述的銅鹽包括硝酸銅、氯化銅、硫酸銅、堿式碳酸銅或酒石酸銅。
所述的還原劑包括有機胺、羥胺、多羥基化合物、水合肼、硼氫化鈉、次亞磷酸鈉、甲醛或它們?nèi)我鈨煞N或兩種以上的混合物。
所述的有機胺是甲酰胺、對苯二胺、4-氨基-N-乙基-N-(β-甲基磺酰胺乙基)間甲苯胺單水硫酸鹽、三乙醇胺或它們的混合物等；羥胺是鹽酸羥胺等；多羥基化合物是異丙醇、乙二醇或它們的混合物等。
本發(fā)明制備出的產(chǎn)品用途廣泛，是重要的電子工業(yè)材料。還可廣泛應用于催化、冶金、涂料、樹脂、潤滑油和熱傳導等領域。
采用本發(fā)明的方法得到的銅顆粒為立方體形，如附圖1所示。
本發(fā)明的方法能耗低，產(chǎn)品純度高，均勻且分散性好，顆粒形貌可通過銅鹽和還原劑的濃度及反應溫度等實驗條件來控制。
本發(fā)明的實施原理是，還原劑與銅鹽反應，首先形成極微小的一次顆粒，然后再通過一次顆粒聚集生長，從而得到最終產(chǎn)物。當體系中反應物濃度較低時，溶液中離子的吸附在聚集生長過程中起重要作用。由于銅離子在一次顆粒不同晶面的吸附量不同，使得各個晶面的生長速率不同，因此得到不同形貌的最終產(chǎn)物。在本發(fā)明的實驗條件下，由于銅離子的吸附，顆粒在(111)晶面的生長速率大于(100)晶面，最終顆粒只保留6個生長較慢的(100)晶面，從而形成立方體結(jié)構(gòu)。通過這種方法控制顆粒形貌，簡單易行，便于操作。
該方法與過去的制備方法顯著不同的是，在本發(fā)明中，通過實驗條件的簡單控制，可以制得立方體形的銅顆粒。


圖1.本發(fā)明的實施例1的立方體形銅顆粒材料電鏡照片。
具體實施例方式
實施例1(1).分別配制氯化銅和鹽酸羥胺水溶液，其中溶液中氯化銅的濃度為1.5×10-3摩/升；還原劑的濃度為7.1×10-3摩/升。
(2).分別將步驟(1)中配制的氯化銅和鹽酸羥胺水溶液混合，使混合后溶液中的氯化銅濃度為2.1×10-4摩/升；鹽酸羥胺的濃度為5.3×10-3摩/升。在35℃下攪拌1小時，得到黃色懸浮液。離心分離，得到立方體形銅顆粒，顆粒邊長在145nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。見附圖1。
實施例2(1).分別配制硝酸銅和對苯二胺水溶液，其中溶液中硝酸銅的濃度為6.2×10-5摩/升；對苯二胺的濃度為7.7×10-3摩/升。
(2).分別將步驟(1)中配制的硝酸銅和對苯二胺水溶液混合，使混合后溶液中的硝酸銅濃度為2.3×10-5摩/升；對苯二胺的濃度為5×10-4摩/升。在20℃下攪拌2小時，得到黃色懸浮液。離心分離，得到立方體形銅顆粒，顆粒邊長在265nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。
實施例3(1).分別配制硫酸銅和水合肼水溶液，其中溶液中硫酸銅的濃度為2×10-3摩/升；水合肼的濃度為6×10-2摩/升。
(2).分別將步驟(1)中配制的硫酸銅和水合肼水溶液混合，使混合后溶液中的硫酸銅濃度為3.5×10-4摩/升；水合肼的濃度為8×10-3摩/升。在45℃下攪拌0.5小時，得到黃色懸浮液。離心分離，得到立方體形銅顆粒，顆粒邊長在180nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。
實施例4(1).分別配制堿式碳酸銅和甲醛水溶液，其中溶液中堿式碳酸銅的濃度為7.5×10-4摩/升；甲醛的濃度為8×10-3摩/升。
(2).分別將步驟(1)中配制的堿式碳酸銅和甲醛水溶液混合，使混合后溶液中的堿式碳酸銅濃度為8×10-5摩/升；甲醛的濃度為2.5×10-3摩/升。在60℃下攪拌1.5小時，得到黃色懸浮液。離心分離，得到立方體形銅顆粒，顆粒邊長在110nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。
實施例5(1).分別配制氯化銅和硼氫化鈉水溶液，其中溶液中氯化銅的濃度為5×10-3摩/升；硼氫化鈉的濃度為0.5摩/升。
(2).分別將步驟(1)中配制的氯化銅和硼氫化鈉水溶液混合，使混合后溶液中的氯化銅濃度為8×10-4摩/升；硼氫化鈉的濃度為1×10-2摩/升。在70℃下攪拌2.5小時，得到黃色懸浮液。離心分離，得到立方體形銅顆粒，顆粒邊長在240nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。
實施例6(1).分別配制酒石酸銅、鹽酸羥胺和水合肼水溶液，其中溶液中酒石酸銅的濃度為3×10-4摩/升；鹽酸羥胺的濃度為2.4×10-3摩/升；水合肼的濃度為3.6×10-3摩/升。
(2).分別將步驟(1)中配制的酒石酸銅、鹽酸羥胺和水合肼水溶液混合，使混合后溶液中的酒石酸銅濃度為6×10-5摩/升；鹽酸羥胺的濃度為5.2×10-4摩/升；水合肼的濃度為6.8×10-4摩/升。在55℃下攪拌3小時，得到黃色懸浮液。離心分離，得到立方體形銅顆粒，顆粒邊長在130nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。
權利要求
1.一種立方體形銅顆粒的制備方法，其特征是該方法的步驟包括(1).分別配制銅鹽和還原劑水溶液；(2).將步驟(1)配制的銅鹽和還原劑水溶液混合，使混合后溶液中的銅鹽濃度為1×10-6～5×10-3摩/升，還原劑的濃度為2×10-5～0.1摩/升；攪拌，得到黃色懸浮液；離心分離，得到立方體形銅顆粒。
2.如權利要求1所述的方法，其特征是所述的立方體形銅顆粒的邊長為80～300nm。
3.如權利要求1所述的方法，其特征是所述的步驟(1)溶液中銅鹽的濃度為2×10-6～1×10-2摩/升；還原劑的濃度為5×10-4～1摩/升。
4.如權利要求3所述的方法，其特征是所述的銅鹽的濃度為2×10-5～5×10-3摩/升，還原劑的濃度為3×10-3～0.5摩/升。
5.如權利要求1所述的方法，其特征是所述的步驟(2)溶液中銅鹽的濃度為1×10-5～1×10-3摩/升，還原劑的濃度為5×10-4～1×10-2摩/升。
6.如權利要求1、2、3、4或5所述的方法，其特征是所述的銅鹽選自硝酸銅、氯化銅、硫酸銅、堿式碳酸銅或酒石酸銅。
7.如權利要求1、2、3、4或5所述的方法，其特征是所述的還原劑選自有機胺、羥胺、多羥基化合物、水合肼、硼氫化鈉、次亞磷酸鈉、甲醛或它們?nèi)我鈨煞N或兩種以上的混合物。
8.如權利要求7所述的方法，其特征是所述的有機胺是甲酰胺、對苯二胺、4-氨基-N-乙基-N-(β-甲基磺酰胺乙基)間甲苯胺單水硫酸鹽、三乙醇胺或它們的混合物；羥胺是鹽酸羥胺；多羥基化合物是異丙醇、乙二醇或它們的混合物。
9.如權利要求1所述的方法，其特征是所述的步驟(2)攪拌時的溫度是20～70℃。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬光電功能材料的制備和應用技術領域，特別是涉及立方體形銅顆粒的制備方法。采用液相還原法制備，通過還原劑還原銅鹽，制得的銅顆粒具有立方體形貌。本發(fā)明的方法能耗低，產(chǎn)品純度高，均勻且分散性好，顆粒尺寸可通過銅鹽和還原劑的濃度及反應溫度等實驗條件來控制。
文檔編號B22F9/24GK1861298SQ20051001171
公開日2006年11月15日 申請日期2005年5月13日 優(yōu)先權日2005年5月13日
發(fā)明者唐芳瓊, 任湘菱 申請人:中國科學院理化技術研究所