一種銅納米顆粒的製備方法

2023-10-08 06:47:54 2

專利名稱：一種銅納米顆粒的製備方法
技術領域：
本發明涉及納米顆粒的製備方法，具體涉及一種銅納米顆粒的製備方法。
背景技術：
由於納米銅粉(小於100 nm)具有尺寸小、比表面積大、電阻小及量子尺寸效應、 宏觀量子隧道效應等特點，因此其擁有與常規材料不同的一些新特性，這些特性決定了納 米銅粉的應用範圍非常廣泛。例如，納米銅粉可以作為催化劑直接應用於化工行業(如乙 炔聚合)，納米銅粉也可以作為電磁屏蔽塗料，可以用作高級潤滑劑，可用作電子漿料，在 化纖製造過程中摻入銅等納米金屬粒子可製成導電纖維，在光學玻璃中摻雜Cu納米顆粒 可製備非線性光學材料，同時納米Cu粉是高導電率、高強度納米銅材不可缺少的基礎原 料。迄今為止銅納米顆粒常用的製備方法有氣相蒸發法、等離子體法、機械化學法、Y射 線輻照一水熱結晶聯合法、晶核生長法、界面生長法、超聲電解法、微乳液法、掃描噴射電沉 積法、封閉循環氫還原法、化學還原法等等。化學還原法具有設備簡單、工藝流程短、產量 大、易工業化生產優點，而且在製備過程中通過添加表面活性劑可以對銅納米顆粒起到修 飾保護的作用，得到廣泛應用。如公開號為CNlOl 104205A，名稱為製造銅納米顆粒的方法及 由該方法製造的銅納米顆粒的發明專利申請，就公開了以分散劑和還原劑共溶於極性溶劑 為第一溶液，以銅鹽溶於極性溶劑為第二溶液，將第二溶液一次性熱注入第一溶液中，得到 20 50 nm的銅納米顆粒，其分散劑包括PVP (聚乙烯吡咯烷酮)、CTAB (溴化十六烷基三甲 基銨)、SDS (十二烷基硫酸鈉)和NA-CMC的至少一種，還原劑為二氫磷酸鈉、胼、氫氯化物和 硼氫化鈉的至少一種，極性溶劑為乙二醇、二甘醇、三甘醇和聚乙二醇的至少一種，銅鹽與 分散劑的摩爾比為1 :1 20，分散劑小於1摩爾就難以制到大小均勻的顆粒，大於20摩爾 分散劑就粘結，難以均勻反應；銅鹽與還原劑的摩爾比為1 :2 6，還原劑少於2摩爾銅離 子就不能完全反應，大於6摩爾還原劑就浪費；反應溫度為70 120°C，低於70°C不能正常 反應，高於120°C反應液穩定性下降，顆粒不均勻。該方法分散劑用量較大，反應溫度較高， 得到的銅納米顆粒較大。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種生產方便，生產成本低，反應溫度較低，銅 納米顆粒較均勻，單分散，銅納米顆粒平均粒徑不大於10 nm的銅納米顆粒的製備方法。本發明解決上述技術問題所採用的技術方案為一種銅納米顆粒的製備方法，包 括下述步驟
1)將硝酸銅溶於無水的乙醇或甲醇或丙醇中，不斷攪拌使硝酸銅完全溶解，得到濃度 為0. 1 0. 9g/L的硝酸銅澄清溶液待用；
2)將乙醇胺溶於無水的乙醇或甲醇或丙醇中，攪拌至乙醇胺完全溶解，得到濃度為 2 8g/L乙醇胺澄清溶液待用；
3)將聚乙烯吡咯烷酮(PVP)粉末溶於無水的乙醇或甲醇或丙醇中，攪拌至聚乙烯吡咯烷酮完全溶解，得到濃度為3 9g/L的聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液待用；
4)將上述硝酸銅澄清溶液、乙醇胺澄清溶液和聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液按體積比 3 5 :1 :1均勻混合為反應液，用水浴或油浴加熱並不停地攪拌、回流，在反應液溫度為 60 80° C下，反應至反應液顏色變成穩定的古銅色，停止加熱，攪拌下自然冷卻至室溫， 得到銅納米顆粒膠體溶液；
5)先用減壓蒸發法除去上述銅納米顆粒膠體溶液中的乙醇或甲醇或丙醇，再真空乾燥 得至銅納米顆粒的粉體，該銅納米顆粒的粒徑不大於10 nm。在本方案中，採用低分子醇是 由於低分子量的醇具有較大的極性，尤其是乙醇還是無毒的；而乙醇胺不但與低分子醇很 好混溶，也可以與PVP很好混溶，使反應能力提高，反應溫度下降，而且在反應中有利於得 到較均勻、單分散的銅納米顆粒。所述硝酸銅澄清溶液濃度為0. 2 0. 5g/L，所述乙醇胺澄清溶液濃度為4g/L，所 述聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液濃度為4g/L，所述硝酸銅澄清溶液、所述乙醇胺澄清溶液和所 述聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液的體積比為4:1:1，所述反應液溫度為66° C。該方案製得的 顆粒平均粒徑更小，不大於5 nm。所述硝酸銅澄清溶液濃度為0. 25g/L。與現有技術相比，本發明的優點在於一種銅納米顆粒的製備方法，以低分子醇為 溶劑分別配製濃度為0. 1 0. 9 g/L的硝酸銅澄清溶液、濃度為2 8g/L乙醇胺澄清溶液 和濃度為3 9g/L的聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液，再將三種溶液組成反應液在60 80° C 下反應至穩定的古銅色，經冷卻、蒸發和乾燥得到銅納米顆粒；該方法反應溫度較低，低於 70° C也能正常反應，生產成本就較低，設備簡單，生產也方便，同時得到的銅納米顆粒平 均粒徑不大於10 nm，銅納米顆粒較均勻，為單分散顆粒，無粘結，因此材料性能更好。因此 本發明是一種生產方便，生產成本低，反應溫度較低，銅納米顆粒較均勻，單分散，銅納米顆 粒平均粒徑不大於10 nm的銅納米顆粒的製備方法。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明作進一步詳細描述。實施例1
一種銅納米顆粒的製備方法，稱取2g硝酸銅溶於8L無水乙醇中，不斷攪拌使硝酸銅完 全溶解，得到濃度為0. 25g/L的硝酸銅澄清溶液；同樣稱取8g乙醇胺溶於2L無水乙醇中， 攪拌至乙醇胺完全溶解，得到濃度為4 g/L乙醇胺澄清溶液；稱取8g PVP溶於2L無水乙醇 中，攪拌至PVP完全溶解，得到濃度為4g/L的PVP澄清溶液；將該三種澄清溶液均勻混合為 反應液，用水浴或油浴加熱並不停地攪拌、回流，在反應液溫度66° C恆溫下，反應至反應 液顏色變成穩定的古銅色，停止加熱，攪拌下自然冷卻至室溫，得到銅納米顆粒膠體溶液， 然後用減壓蒸發法除去乙醇溶劑，再真空乾燥得至銅納米顆粒的粉體，經TEM測定(常規方 法，在此不作敘述)，該銅納米顆粒大小較均勻，未發現粘結的顆粒，為單分散顆粒，平均粒 徑為3 4 nm。實施例2
一種銅納米顆粒的製備方法，與實施例1基本相同，所不同的只是Ig硝酸銅溶於6L無 水甲醇中，4g乙醇胺溶於2L無水甲醇中，6g PVP溶於2L無水甲醇中，反應液溫度60° C下恆溫反應。得到的銅納米顆粒的平均粒徑約為5nm。上述2個實施例中，由於乙醇胺的存在，既與低分子醇很好混溶，又與PVP很好混 溶，使反應能力提高，反應溫度下降，低於70°C也能正常反應，得到較均勻，單分散的銅納米 顆粒。實施例3
一種銅納米顆粒的製備方法，與實施例1基本相同，所不同的只是9g硝酸銅溶於IOL 無水丙醇中，16g乙醇胺溶於2L無水丙醇中，18g PVP溶於2L無水丙醇中，反應液溫度為 78° C下恆溫反應。得到的銅納米顆粒的平均粒徑約為6 nm;本實施例中溫度也可以下降 至70° C下恆溫反應，同樣可以得到較均勻，單分散的銅納米顆粒。
權利要求
1.1、一種銅納米顆粒的製備方法，其特徵在於包括下述步驟1)將硝酸銅溶於無水的乙醇或甲醇或丙醇中，不斷攪拌使硝酸銅完全溶解，得到濃度 為0. 1 0. 9g/L的硝酸銅澄清溶液待用；2)將乙醇胺溶於無水的乙醇或甲醇或丙醇中，攪拌至乙醇胺完全溶解，得到濃度為 2 8g/L乙醇胺澄清溶液待用；3)將聚乙烯吡咯烷酮粉末溶於無水的乙醇或甲醇或丙醇中，攪拌至聚乙烯吡咯烷酮完 全溶解，得到濃度為3 9g/L的聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液待用；4)將上述硝酸銅澄清溶液、乙醇胺澄清溶液和聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液按體積比3 5 1 1均勻混合為反應液，用水浴或油浴加熱並不停地攪拌、回流，在反應液溫度為60 80 ° C下，反應至反應液顏色變成穩定的古銅色，停止加熱，攪拌下自然冷卻至室溫，得到 銅納米顆粒膠體溶液；5)先用減壓蒸發法除去上述銅納米顆粒膠體溶液中的乙醇或甲醇或丙醇，再真空乾燥 得至銅納米顆粒的粉體，該銅納米顆粒的粒徑不大於10 nm。
2.如權利要求1所述的一種銅納米顆粒的製備方法，其特徵在於所述硝酸銅澄清溶液 濃度為0. 2 0. 5g/L，所述乙醇胺澄清溶液濃度為4g/L，所述聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液濃 度為4g/L，所述硝酸銅澄清溶液、所述乙醇胺澄清溶液和所述聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液的 體積比為4:1:1，所述反應液溫度為66° C。
3.如權利要求2所述的一種銅納米顆粒的製備方法，其特徵在於所述硝酸銅澄清溶液 濃度為0. 25g/L。
全文摘要
本發明公開了一種銅納米顆粒的製備方法，以低分子醇為溶劑分別配製濃度為0.1～0.9g/L的硝酸銅澄清溶液、濃度為2～8g/L乙醇胺澄清溶液和濃度為3～9g/L的聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液，再將三種溶液組成反應液在60～80°C下反應至穩定的古銅色，經冷卻、蒸發和乾燥得到銅納米顆粒；該方法反應溫度較低，低於70°C也能正常反應，生產成本就較低，設備簡單，生產也方便，同時得到的銅納米顆粒平均粒徑不大於10nm，銅納米顆粒較均勻，為單分散顆粒，無粘結，因此材料性能更好。
文檔編號B82Y40/00GK102114545SQ20111004825
公開日2011年7月6日 申請日期2011年3月1日 優先權日2011年3月1日
發明者徐真武, 徐鍵, 李健子, 羅鵬, 董建峰, 趙麗霞 申請人:寧波大學