專利名稱：一種納米銅粉的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米銅粉的制備方法。
背景技術(shù)：
納米材料其晶?；蝾w粒尺寸在100納米以下。納米級超細(xì)粉的粒度極細(xì)，處于
表面和界面的原子數(shù)已可以和體內(nèi)的原子數(shù)相比擬，導(dǎo)致其化學(xué)性質(zhì)十分活潑， 表面和界面的擴(kuò)散效應(yīng)異常增大。小尺寸效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)都十 分明顯。納米銅粉末易氧化，在氧化還原反應(yīng)中可以作強(qiáng)還原劑，提高燃速， 加大炸藥的威力。由于納米材料的量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，納米銅 粉分散在許多介質(zhì)中表現(xiàn)出異常強(qiáng)的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，將會開發(fā)出重要應(yīng)用。 納米銅粉的比表面大，表面活性中心數(shù)目多，在冶金和石油化工中是優(yōu)良的催 化劑。在高分子聚合物的氫化和脫氫反應(yīng)中納米銅粉有極高的活性和選擇性。 在乙炔聚合反應(yīng)制造纖維的過程中納米銅粉是很有效的催化劑。納米銅和鐵鎳 等過渡族金屬納米級超細(xì)粉可以使一氧化碳轉(zhuǎn)變?yōu)槎趸荚诃h(huán)保工業(yè)中將會 發(fā)揮很大的作用。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，由納米銅粉制備出的超細(xì)厚膜漿料將 在大規(guī)模集成電路中有重要的應(yīng)用。納米銅粉極細(xì)而且軟，它是一種很好的潤 滑劑。把它放入油脂中可以進(jìn)一步提高耐磨性能，特別是提高精密機(jī)械和航空 等高速運(yùn)轉(zhuǎn)部件的耐磨性能。有些有機(jī)潤滑脂在高溫下發(fā)生碳化甚至發(fā)生粘結(jié) 現(xiàn)象，這種情況下使用納米銅粉潤滑脂效果很好。在汽車引擎中加入分散均勻 的納米鍍銅液可以提高引擎汽缸和活塞的耐磨性能。改善機(jī)動車齒輪部件的磨 損。引擎鍍銅液在引擎運(yùn)轉(zhuǎn)過程中還可以自動修復(fù)汽缸中的缺陷如局部的不平
整或刮傷小槽溝等。因而可以延長發(fā)動機(jī)的使用壽命，提高動力，節(jié)省燃油。 在汽車、坦克等機(jī)動車上將會逐漸采用。納米級超細(xì)銅粉可以放入導(dǎo)電油脂中 增加其導(dǎo)電性能。用在大電流刀閘開關(guān)起動時(shí)消除電弧。少量的納米級超細(xì)銅 粉加在織物中可以起到防靜電的作用。對于制造輕而軟的防靜電服裝很有用， 同時(shí)還起到殺菌的作用。
關(guān)于納米銅粉的化學(xué)制備，在高愈尊等人的專利ZL96 1 05280. 5中采用絡(luò)合 還原法，用活性金屬粉末作還原劑來制備納米銅粉。這種方法的缺點(diǎn)是在反應(yīng) 完成后剩余的活性金屬粉還原劑不易洗凈，可能影響到納米銅粉的純度。本專 利不采用活性金屬粉末作還原劑，而是采用易溶于水的硼氫化物作還原劑。由 于易于清洗，可以達(dá)到較高的純度。
本發(fā)明的目的是提供一種工藝簡單、易操作的納米銅粉制備方法。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案制備
以銅鹽為原料，以硼氫化物為還原劑，用純水溶解銅鹽，加入分散劑攪拌
均勻得銅鹽的水溶液；在上述銅鹽水溶液中按化學(xué)計(jì)量加入足量的氨水生成深 藍(lán)色的四氨合銅絡(luò)離子；將還原劑硼氫化物溶解在純水中；將還原劑硼氫化物 水溶液倒入已絡(luò)合的銅鹽水溶液容器中，持續(xù)地?cái)嚢?，還原反應(yīng)完成后繼續(xù)攪 拌；停止攪拌后，靜置澄清，去掉上清液，留下沉淀物；用純水洗滌沉淀3 6 次后過濾；然后在流動的氬氣氛下干燥，即得本發(fā)明的納米銅粉。 上述納米銅粉的制備方法，包括如下步驟
(1) 、將銅鹽配成0.01 0. lmo1/1的水溶液，加入分散劑，攪拌使其溶解，
再加入足量的氨水生成深藍(lán)色四氨合銅絡(luò)離子的水溶液，得到溶液I，其中銅 鹽與分散劑的摩爾數(shù)量比為1:0. 1 0.4，銅鹽與氨水的摩爾數(shù)量比為1:4 ;
(2) 、將還原劑硼氫化物溶解在純水中，得溶液II，還原劑的摩爾數(shù)量與 溶液I中銅鹽的摩爾數(shù)量之比為1.0 1.5: 1;
(3) 、把溶液II加入到溶液I中，攪拌10 30分鐘；反應(yīng)后產(chǎn)生沉淀物， 然后靜置，去掉上清液，留下沉淀物；
(4) 、用純水清洗步驟(3)所得沉淀物，共3 6次，然后過濾；
(5) 、將過濾所得沉淀物在流動氬氣氛下于80 12(TC千燥處理10 20小 時(shí)，即得納米銅粉；
(6) 、加入適當(dāng)?shù)谋砻姹Ｗo(hù)劑攪拌均勻并在so i2crc烤干。 上述制備方法中所述的銅鹽為硫酸銅、二氯化銅或硝酸銅等之一種。 上述制備方法中所述的水為離子交換純水、蒸餾水等之一種。 上述制備方法中所述的分散劑為聚乙烯醇、聚乙二醇、辛基苯基醚或聚氧
乙烯垸基醚等之一種。
上述制備方法中所述的還原劑為硼氫化鋰、硼氫化鉀或硼氫化鈉。還原劑 水溶液的濃度為0. 5 2mol/l。
上述制備方法中所述的表面保護(hù)劑為甘油。
本發(fā)明制備方法中還原反應(yīng)在室溫下進(jìn)行。
用失重法確定納米鎳包鋁粉產(chǎn)品在熱處理前和在流動氬氣氛中經(jīng)過IO(TC 24小時(shí)熱處理以后的重量差來確定納米銅粉的水含量。
本發(fā)明中納米銅粉的粒度可用JEM-2000FX透射電子顯微鏡來觀察，放大倍 數(shù)為X50K。
用透射電子顯微鏡的能量色散X光譜(EDS能譜)可以檢測納米銅粉中的雜 質(zhì)成分。


納米銅粉的透射電鏡圖像見說明書附圖1
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(l)、本發(fā)明還原效率高、回收率高，生成納米銅粉的 粒度都在100納米以下；(2)、本發(fā)明制備方法中使用易溶于水的還原劑，反 應(yīng)后容易清洗干凈；(3)、本發(fā)明制備方法工藝流程簡單，易于操作；(4)、本 發(fā)明的制備方法中所用的還原劑硼氫化物無毒、無環(huán)境污染。
具體實(shí)施例方式
以下通過實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明，但是不對本發(fā)明構(gòu)成任何限制。 實(shí)施例1
納米銅粉的制備，按照如下歩驟進(jìn)行
(1)、將100克硫酸銅(市售，分析純，分子式CuS04 5&0)溶解于3升純 水中，加入5克聚乙烯醇，攪拌使其溶解，再加入濃度為25%的氨水150毫升
生成深藍(lán)色的四氨合銅絡(luò)離子的水溶液，得溶液I;
(2) 、把20克硼氫化鉀溶于200毫升水中，得溶液II;
(3) 、把溶液II倒入溶液I中，持續(xù)攪拌，產(chǎn)生沉淀物，直到溶液變?yōu)闊o
色；
(4) 、停止攪拌，靜置，傾棄上部水溶液，留下沉淀物；
(5) 、用純水清洗沉淀物5次，然后過濾；
(6) 、將步驟(5)清洗過的沉淀物在流動氬氣氛下于IO(TC干燥處理12 小時(shí)，即得納米銅粉。其電子顯微形貌像如說明書附圖1。其平均粒度為50納 米。
實(shí)施例2
對實(shí)施例1中的納米銅粉做表面甘油包覆。 納米銅粉的制備，按照如下步驟進(jìn)行-
(1) 、將100克硫酸銅(市售，分析純，分子式CuS04 5&0)溶解于3升純 水中，并加入5克聚乙烯醇，攪拌使其溶解，再加入濃度為25%的氨水150毫 升生成深藍(lán)色的四氨合銅絡(luò)離子，得溶液I;
(2) 、把20克硼氫化鉀溶于200毫升水中，得溶液I工；
(3) 、把2毫升甘油溶于30毫升酒精中，攪拌均勻，得溶液III。
(4) 、把溶液II倒入溶液I中，持續(xù)攪拌，產(chǎn)生沉淀物，直到溶液變?yōu)闊o
色；
(5) 、停止攪拌，靜置，傾棄上部水溶液，留下沉淀物；
(6) 、用純水清洗沉淀物，共5次，然后過濾；
(7) 、將步驟(5)清洗過的沉淀物在流動氬氣氛下于6(TC干燥處理3小 時(shí)后，將溶液III倒入此沉淀物的容器中并攪拌均勻。再于流動氬氣氛下IO(TC 10小時(shí)烘干即得甘油包覆的納米銅粉。
權(quán)利要求
1.一種納米銅粉，其特征在于其粉末粒度小于100納米。
2、 按照權(quán)利要求1所述的納米銅粉，其特征在于通過以下制備方法得到 以銅鹽為原料，以硼氫化物為還原劑，用純水溶解銅鹽，加入分散劑攪拌均勻 得銅鹽的水溶液再加入足量的氨水生成深藍(lán)色四氨合銅絡(luò)離子的水溶液；將還 原劑溶解在純水中；將還原劑水溶液倒入盛有已用氨水絡(luò)合的銅鹽水溶液中， 持續(xù)地?cái)嚢柚钡饺芤鹤優(yōu)闊o色，還原反應(yīng)完成后繼續(xù)攪拌；停止攪拌后，靜置澄 清，去掉上清液，留下沉淀物；用純水洗滌沉淀3 6次后過濾；然后在流動的 氬氣氛下干燥，即得納米銅粉。
3、 權(quán)利要求1或者2所述的納米銅粉的制備方法，包括如下步驟(1) 、將銅鹽配成0.01 0. lmo1/1的水溶液，再加入分散劑，攪拌使其溶 解，再加入足量的分析純氨水生成深藍(lán)色四氨合銅絡(luò)離子的水溶液，得到溶液 I，其中銅鹽與分散劑的摩爾數(shù)量比為1:0. 1 0.4，銅鹽與氨水的摩爾數(shù)量比 為1:4;(2) 、把還原劑溶于純水中制成水溶液，得溶液II，其中還原劑與(1) 中銅鹽的摩爾數(shù)量比為1,0 1.5:1;(3) 、把溶液II加入到溶液I中，攪拌30 60分鐘；直到溶液變成無色， 反應(yīng)產(chǎn)生沉淀物，靜置，去掉上清液，留下沉淀物；(4) 、用純水清洗步驟(3)所得沉淀物，共3 6次，然后過濾；(5) 、將過濾所得沉淀物在流動氬氣氛下于80 120'C干燥處理10 20小 時(shí)，即得納米銅粉。
4、 按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于其所述的銅鹽為硫酸銅、 氯化銅或硝酸銅等之一種。
5、 按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于其所述的水為離子交換純 水、蒸餾水等之一種。
6、 按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于其所述的分散劑為聚乙烯 醇、聚乙二醇、辛基苯基醚或聚氧乙烯垸基醚等之一種。
7、 按照權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于其所述的還原劑為硼氫化 鉀、硼氫化鋰或硼氫化鈉，還原劑水溶液的濃度為0. 5 2mol/l 。
8、 按照權(quán)利要求1所述的納米銅粉可在權(quán)利要求3步驟(4)過濾后在其 表面包覆一層保護(hù)劑。保護(hù)劑可以是甘油等。保護(hù)劑的重量為納米銅粉重量的 1% 3%。
9、按照權(quán)利要求1所述的納米銅粉在其表面包覆一層保護(hù)劑時(shí)，保護(hù)劑可以直接添加或按一定比例溶解于酒精之后添加在納米銅粉上，攪拌均勻，在80 12(TC干燥處理10 20小時(shí)，即得表面包覆一層保護(hù)劑的納米銅粉。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種納米銅粉的制備方法。其制備方法為以銅鹽為原料，用硼氫化物為還原劑，把還原劑水溶液倒入已用氨水絡(luò)合的銅鹽水溶液中，快速攪拌，直到銅鹽水溶液變?yōu)闊o色時(shí)就生成了納米銅粉。當(dāng)停止攪拌時(shí)，納米銅粉迅速沉底后，傾棄上清液。多次水洗，靜置澄清，傾棄上清液。最后經(jīng)過濾，并在流動氬氣氛中烘干后制得分散性良好的納米銅粉。本發(fā)明制備方法生產(chǎn)工藝簡單，易于操作，可進(jìn)行大規(guī)模生產(chǎn)，并且可在納米銅粉表面上包覆適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)層。
文檔編號B22F1/00GK101372037SQ20071012064
公開日2009年2月25日 申請日期2007年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月23日
發(fā)明者李遠(yuǎn)松, 高愈尊 申請人:高愈尊;李遠(yuǎn)松