專利名稱：納米銅粉團聚體的分散方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利屬于納米粉體 分散技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種納米銅粉團聚體在潤滑油介質(zhì)中的分散方法。
背景技術(shù)：
納米銅粉作為潤滑油添加劑在改善發(fā)動機的潤滑、降低摩擦磨損、提高發(fā)動機動力性能、減少污染和延長壽命等方面具有廣闊的應(yīng)用前景。要發(fā)揮納米顆粒所具有的特殊性能，必須使制備的銅粉盡量為單顆粒納米粉體，但由于金屬納米顆粒具有極高的活性，以及納米微粒間各種吸附力的存在，納米顆粒間極易形成團聚體，一般所講的納米金屬粉末實際上是其團聚體。因此，解決金屬納米團聚體的分散問題是其推廣應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)之一。從目前的研究來看，提高納米材料在潤滑油中的分散穩(wěn)定性的方法主要有以下幾個方面(I)超聲分散；超聲分散是將需要處理的納米顆粒懸浮液直接置于超聲場中，用適當?shù)念l率和功率的超聲波加以處理，強度很高。超聲波分散作用的機理與空化作用有關(guān)?？栈饔每梢栽谖⒘＞植慨a(chǎn)生高溫高壓，并且伴隨巨大的沖擊力和微射流，這些都有微粉碎作用，使團聚體破碎。(2)剪切乳化；主要是借助外界的剪切、沖擊和拉伸等作用來破碎團聚體，從而實現(xiàn)顆粒在介質(zhì)中的粉碎。(3)球磨球磨是目前最常用的一種分散超細粉體的方法，利用研磨體高頻振動產(chǎn)生的球?qū)η虻臎_擊來粉碎粉體粒子。但在研磨過程中，由于球與球，球與筒，球與料之間的撞擊、研磨，使球磨筒和球本身被磨損，成為雜質(zhì)。另外，用球磨的方法形成的超微粒的尺寸也有一定的限制。但以上三種方法均不能破碎納米銅粉由金屬鍵結(jié)合而產(chǎn)生的硬團聚。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種納米銅粉團聚體的分散方法。本發(fā)明是一種納米銅粉團聚體的分散方法，用硝酸腐蝕銅粉團聚體，其步驟為
(1)將納米銅粉團聚體、聚乙烯吡咯烷酮分別按固液比g/ml為I: 5(Tl 10和I :250 1 1000加入到0. lmol/L lmol/L的硝酸水溶液中，反應(yīng)5 20分鐘；
(2)用離心機離心分離出固體粉末1，將分離出的銅粉用去離子水洗滌，除去溶液中的硝酸根離子，然后添加到0. 5mol/L"4. OmoI/L的稀硫酸溶液中，反應(yīng)5 20分鐘，再次用去離子水洗滌，除去溶液中的硫酸根離子，并離心分離得到固體粉末；
(3)用無水乙醇洗滌固體粉末2，并且干燥，得到納米銅粉；
(4)將納米銅粉團聚體按固液比g/ml為I: 100(Tl 100加入到白油中，同時添加0. r 0.8ml的丁二酸二異辛酯，用超聲粉碎機進行分散。本發(fā)明的優(yōu)點為硝酸、硫酸腐蝕不僅可以到達除雜的目的，而且細化了顆粒，隨著腐蝕程度的增加，其效果呈先變好后變壞的趨勢。腐蝕程度過低則不能達到細化納米銅粉顆粒的目的，過高會使一部分粒徑細小的納米銅粉，完全被硝酸反應(yīng)掉，從而達不到細化納米銅粉顆粒的目的，當腐蝕程度為銅粉質(zhì)量的2-30%時，效果最佳。本發(fā)明的方法簡單，操作簡便，易于掌握，效果明顯，易于工業(yè)化生產(chǎn)。


圖I是納米銅粉腐蝕包裹示意圖，圖2是物理法制備的納米銅粉未處理的TEM圖，圖3是物理法制備的納米銅粉腐蝕表面改性后的TEM圖，圖4是未處理銅粉的紅外光譜圖，圖5是PVP及處理后的銅粉的紅外光譜圖，圖6是未處理的納米銅粉XRD圖，圖7是硝酸處理腐蝕20%包裹PVP后的銅粉XRD圖，圖8是硫酸處理后的銅粉XRD圖，圖9未處理納米銅粉在白油中的穩(wěn)定情況圖，圖10是改性后納米銅粉在白油中的穩(wěn)定情況圖，圖11是處理后第I天的銅粉在白油中的穩(wěn)定情況圖，圖12是處理后第3天的銅粉在白油中的穩(wěn)定情況圖，圖13是處理后第8天的銅粉在白油中的穩(wěn)定情況圖，圖14是處理后第30天的銅粉在白油中的穩(wěn)定情況圖，圖15是處理后第45天的銅粉在白油中的穩(wěn)定情況圖。
具體實施例方式實施例I :
稱取Ig的物理法制備的納米銅粉團聚體，根據(jù)銅與稀硝酸的反應(yīng)方程式 Cu0+2HN03=Cu (NO3) 2+H20 3HN03+8Cu=3Cu (NO3) 2+2N02+4H20 H20+Cu+Cu (NO3) 2=Cu20+2HN03
腐蝕掉50mg的納米銅粉，計算出所用的濃硝酸的量為0. 2ml，將濃硝酸稀釋至10ml，稱取40mgPVP。步驟如下
先將40mg的PVP添加到稀硝酸溶液里，充分攪拌使其完全溶解，得到配置好的腐蝕改性溶液；
(1)將Ig銅粉添加到配置好的溶液里，攪拌，使其反應(yīng)完全；
(2)將液體及剩余的銅粉全部倒入離心試管中，離心10分鐘，倒掉上層液體，添加蒸餾水進一步離心洗滌，反復(fù)三次至上層液體呈無色。銅粉完全沉淀于離心管底部，倒掉上層液體；
(3)將試管中的銅粉取出，放入質(zhì)量分數(shù)5%的稀硫酸溶液中，反應(yīng)10分鐘，離心洗滌，發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)Cu2CHH2SO4 = Cu+CuS04+H20 ；
(4)將離心后的銅粉，進行烘干，得到腐蝕后的納米銅粉；
(5)分散得到納米銅粉，具體方法
為了保證新得到的納米銅粉能以單顆粒的形式分散在白油中，采用超聲粉碎機進行分散，超聲間隔2s，超聲時間40min，銅粉在白油中的濃度為I. 2mg/ml。為使其分散時間更長，在超聲時向白油中添加丁二酸二異辛酯，與白油的體積比為I :50。分散30天后完全沉淀。實施例2
稱取Ig的物理法制備的納米銅粉團聚體，按照實施實例I所示的步驟，腐蝕掉IOOmg的納米銅粉，計算出所用的濃硝酸的量為0. 28ml，將濃硝酸稀釋至10ml，稱取40mgPVP。按照實施實例I所述的步驟制備和分散納米銅粉。分散30天后完全沉淀。實施例3
稱取Ig的物理法制備的納米銅粉團聚體，按照實施實例I所示的步驟，腐蝕掉200mg的納米銅粉計算出所用的濃硝酸的量為0. 57ml,將濃硝酸稀釋至IOml,稱取40mgPVP。按照實施實例I所述的步驟制備和分散納米銅粉。由圖7可以看出，納米銅粉在硝酸腐蝕后，成分中出現(xiàn)大量Cu2O,硫酸再次腐蝕偶成分中Cu2O明顯減少。由圖5可以看出納米銅粉在腐蝕改性后，銅粉表面的峰值與改性劑PVP的特征峰基本一致，這說明改性后的銅粉具有了 PVP的官能團，與圖4對比可以看出，沒有改性的銅粉不含有PVP的峰值，這說明PVP與銅粉發(fā)生了鍵合反應(yīng)，實現(xiàn)了對納米銅粉的包裹改性。圖擴圖15記錄了處理后銅粉在白油中的穩(wěn)定情況，可以看出，在超聲后銅粉均勻分散在白油中，三天后，上層已經(jīng)有透明的白油出現(xiàn)，說明部分大顆粒銅粉已經(jīng)沉淀，八天后，透明部分略有增加，一個月后，透明部分已經(jīng)達到整體的一半，一個半月后，透明部分相比一個月時略有增多。 實施例4:
稱取Ig的物理法制備的納米銅粉團聚體，按照實施實例I所示的步驟，腐蝕掉400mg的納米銅粉計算出所用的濃硝酸的量為I. 14ml，將濃硝酸稀釋至10ml，稱取40mgPVP。按照實施實例I所述的步驟制備和分散納米銅粉。分散30天后完全沉淀對比實例I
對未處理的納米銅粉進行分散，具體步驟如下
(1)取12mg納米銅粉，添加到試管中；
(2)取IOml白油添加到有納米銅粉的試管中；
(3)置于超聲粉碎機下超聲，超聲20分鐘后，添加丁二酸二異辛酯，再超聲20分鐘。為了保證納米銅粉能被超聲波充分作用到，在超聲過程中，可以隔一段時間進行攪拌，搖晃。這是由于白油的粘度比較大，超聲分散機在白油中的作用范圍小，攪拌，搖晃可以使一些大顆粒漂浮起來，超聲波更容易作用到納米銅粉。從圖2可以看出，未腐蝕改性的銅粉中存在一些較大的團聚體顆粒。這些大顆粒的邊緣明顯連接在一起，而改性過的銅粉(圖3)可以清晰的看到銅粉顆粒的邊緣，顆粒大小也有所減小。如圖擴圖12所示，通過記錄納米銅粉在白油中的穩(wěn)定情況可以看出，未處理過的銅粉在超聲分散3天后，基本全部沉淀到試管底部。實施例5:
稱取Ig的納米鎳粉，根據(jù)鎳與稀硝酸的反應(yīng)方程式
3HN0s+8Ni=3Ni (NO3) 2+2N02+4H20 ；
腐蝕200mg的納米鎳粉,計算出所用的濃硝酸的量為0. 57ml,將濃硝酸稀釋成IOml的稀硝酸，稱取40mgPVP。步驟如下
先將40mg的PVP添加到稀硝酸溶液里，充分攪拌使其完全溶解，得到配置好的腐蝕改性溶液；
(1)將Ig鎳粉添加到配置好的溶液里，攪拌，使其反應(yīng)完全；
(2)將液體及剩余的鎳粉全部倒入離心試管中，離心10分鐘，倒掉上層液體，添加蒸餾水進一步離心洗滌，反復(fù)三次至上層液體呈無色。鎳粉完全沉淀于離心管底部，倒掉上層液體；
(3)將試管中的鎳粉取出，進行烘干，得到新的納米鎳粉；(4)分散，方法如下 為了保證納米鎳粉能以單顆粒的形態(tài)分散在白油中，在分散時采用超聲粉碎機進行超聲分散，超聲時間為40min，間隔2s，粉體的濃度為I. 2mg/ml。為使其分散時間更長，在超聲時向白油中添加丁二酸二異辛酯，與白油的體積比為I :50。
權(quán)利要求
1.納米銅粉團聚體的分散方法，用硝酸腐蝕銅粉團聚體，其步驟為 (1)將納米銅粉團聚體、聚乙烯吡咯烷酮分別按固液比g/ml為I: 5(Tl 10和I :250 1 1000加入到0. lmol/L lmol/L的硝酸水溶液中，反應(yīng)5 20分鐘； (2)用離心機離心分離出固體粉末1，將分離出的銅粉用去離子水洗滌，除去溶液中的硝酸根離子，然后添加到0. 5mol/L"4. OmoI/L的稀硫酸溶液中，反應(yīng)5 20分鐘，再次用去離子水洗滌，除去溶液中的硫酸根離子，并離心分離得到固體粉末； (3)用無水乙醇洗滌固體粉末2，并且干燥，得到納米銅粉； (4)將納米銅粉團聚體按固液比g/ml為I: 100(Tl 100加入到白油中，同時添加0.r 0.8ml的丁二酸二異辛酯，用超聲粉碎機進行分散。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的納米銅粉團聚體的分散方法，其特征在于所使用的納米銅粉 為物理法制備的納米銅粉團聚體。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的納米銅粉團聚體的分散方法，其特征在于該分散方法適用于其他方法制備的納米銅粉團聚體。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的納米銅粉團聚體的分散方法，其特征在于該分散方法適用于納米鎳粉，或者納米鐵粉團聚體的分散。
全文摘要
納米銅粉團聚體的分散方法，其步驟是首先對物理法制備的納米銅粉進行硝酸、硫酸腐蝕同時進行PVP表面包裹改性，將得到的銅粉用超聲粉碎機分散于白油中，在分散時，在白油中添加一定量的丁二酸二異辛酯。采用該方法可以細化物理法制備的納米銅粉的顆粒大小，同時進行包裹可以防止納米銅的氧化及團聚，更易于分散于潤滑油介質(zhì)中。
文檔編號B82Y40/00GK102744399SQ20121020351
公開日2012年10月24日 申請日期2012年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月20日
發(fā)明者俞偉元, 南雪麗, 張利楠, 張慶堂, 楊清芬, 湯富領(lǐng), 王艷紅, 袁文棟, 路文江 申請人:蘭州理工大學(xué)