一種具有核殼結構的碳包銅納米粒子的製備方法

2023-06-14 22:57:51

專利名稱：一種具有核殼結構的碳包銅納米粒子的製備方法
技術領域：
本發明屬於納米粒子製備方法技術領域，涉及一種具有核殼結構的碳包銅納米粒子的製備方法。
背景技術：
碳包銅納米粒子是一種核殼結構的納米粒子，內部為金屬銅核心，外部被多層非晶碳包裹。碳層的包覆使內部銅核表現出獨特的納米性質，由於能級分裂，納米尺寸的銅粒子的電子與聲子在熱輸運性質以量子形式表現。其電子和聲子的弛豫時間遠遠大於宏觀塊體。因此納米銅粒子的熱導率大於宏觀塊體銅的熱導率。內部銅核具有很高的熱導率，而外部多層碳膜具有很好的變形能力，從而可以與散熱面很好的貼合，同時碳層在聚合物基體中具有很強的親和性，因而碳包金屬納米粒子在聚合物基體中可以穩定存在，而不會發生沉降，團聚等現象。具有核殼結構的碳包銅納米粒子的製備方法有碳弧法、雷射法等多種方法，但這些方法都需要專門的設備，碳弧法需要碳弧發生設備和附屬的變壓系統、冷卻系·統及真空系統，雷射法需要大型的雷射發生器和附屬的變壓系統、冷卻系統和真空系統等設備，設備複雜，流程繁多，而且造價高。

發明內容
本發明的目的是提供一種具有核殼結構的碳包銅納米粒子的製備方法，目的是解決了現有製備方法需要專門設備，導致造價高的問題。本發明的技術方案是，一種具有核殼結構的碳包銅納米粒子的製備方法，按照以下步驟具體實施步驟I、將硝酸銅邊攪拌邊加入乙二醇中，將硝酸銅與乙二醇的混合溶液加熱至100-200°C硝酸銅完全溶解於乙二醇形成淡藍色溶液，其中硝酸銅佔溶液的質量百分比為1-30% ；步驟2、將氨水邊攪拌邊緩慢滴入步驟I製得的淡藍色溶液，得到藍色絮狀沉澱物的混合溶液；步驟3、取可溶性澱粉溶於去離子水中形成澱粉溶液，其中可溶性澱粉佔溶液的質量百分比為2-25%;步驟4、將步驟3製得的澱粉溶液緩慢滴入步驟2製得的含有藍色絮狀沉澱物的混合溶液中，其中澱粉溶液與含有藍色絮狀沉澱物的混合溶液的質量比為1-9: 3，待反應完全後得到粘稠狀液體，將該粘稠狀液體放入烘箱中以70-100°C的烘乾溫度，12-48h的保溫時間烘乾，得到塊狀物體；步驟5、將步驟4得到的塊狀物體用研缽研碎形成粉末，取研磨好的粉末放入管式爐中，通入保護氣體並進行加熱，升溫速度設定為1_5°C /min，當溫度升至200-300°C時，通入還原氣體，並將升溫速度調節至2-10°C /min,當溫度升至700-1200°C時停止加熱，保溫1-6小時後，停止通入保護氣體和還原氣體，隨爐冷卻後得到黑色粉末狀物質即為具有核殼結構的碳包銅納米粒子。其中，步驟2氨水中的氨與藍色溶液中硝酸銅的質量比為1-6:1。其中，步驟5中保護氣體為氮氣。其中，步驟5中還原氣體為氫氣。本發明的有益效果是，不需要專門的設備進行製備具有核殼結構的碳包銅納米粒子，造價低，製備步驟簡單，容易實現。


圖I是一種具有核殼結構的碳包銅納米粒子的製備方法製備出的具有核殼結構的碳包銅納米粒子的透射電鏡圖。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細的說明。一種具有核殼結構的碳包銅納米粒子的製備方法，按照以下步驟具體實施步驟I、將硝酸銅邊攪拌邊加入乙二醇中，將硝酸銅與乙二醇的混合溶液加熱至100-200°C使硝酸銅完全溶解於乙二醇形成淡藍色溶液，其中硝酸銅佔溶液的質量百分比為 1-30% ；步驟2、將氨水邊攪拌邊緩慢滴入步驟I製得的淡藍色溶液，得到藍色絮狀沉澱物的混合溶液，氨水中的氨與藍色溶液中硝酸銅的質量比為1-6:1 ；步驟3、取可溶性澱粉溶於去離子水中形成澱粉溶液，其中可溶性澱粉佔溶液的質量百分比為2-25%;步驟4、將步驟3製得的澱粉溶液緩慢滴入步驟2製得的含有藍色絮狀沉澱物的混合溶液中，其中澱粉溶液與含有藍色絮狀沉澱物的混合溶液的質量比為1-9: 3，待反應完全後得到粘稠狀液體將該粘稠狀液體放入烘箱中以70-100°C的烘乾溫度，12-48h的保溫時間烘乾得到塊狀物體；步驟5、將步驟4得到的塊狀物體用研缽研碎形成粉末，並將研磨好的粉末放入管式爐中，通入保護氣體氮氣並進行加熱，升溫速度設定為1-5°C /min，當溫度升至200-300°C時，通入還原氣體氫氣，並將升溫速度調節至2-10°C /min,當溫度升至700-1200°C停止加熱並保溫1-6小時後，停止通入氮氣和氫氣，隨爐冷卻後得到的黑色粉末狀物質即為具有核殼結構的碳包銅納米粒子。實施例I將硝酸銅邊攪拌邊加入乙二醇中，將硝酸銅與乙二醇的混合溶液加熱至150°C使硝酸銅完全溶解於乙二醇形成淡藍色溶液，硝酸銅佔溶液的質量百分比為5%。將含氨量與硝酸銅質量比為2:1的氨水邊攪拌邊緩慢滴入淡藍色溶液，得到藍色絮狀沉澱物的混合溶液。取可溶性澱粉溶於去離子水中形成澱粉溶液，配製成溶質質量百分比為5%的可溶性澱粉溶液。取IOml可溶性澱粉溶液緩慢滴入藍色絮狀沉澱物的混合溶液中，待反應完全後得到粘稠狀液體，將該粘稠狀液體放入烘箱中以100°C的烘乾溫度，保溫時間12h烘乾成塊狀物體。
將烘乾後得到的塊狀物體用研缽研碎形成粉末，將研磨好的粉末放入管式爐中，通入保護氣體氮氣並進行加熱，升溫速度設定為1°C /min，當溫度升至200°C時後通入還原氣體氫氣，並將升溫速度調節至2°C/min，溫度升至700°C後停止加熱並保溫4小時後，同時停止通入氮氣和氫氣，隨爐冷卻後得到的黑色粉末狀物質即為具有核殼結構的碳包銅納米粒子。通過透射電鏡觀察到製備出的具有核殼結構的碳包銅納米粒子的粒徑為20-40nm，將製備出的具有核殼結構的碳包銅納米粒子作為填料分散在聚矽氧烷基體中，當填入的具有核殼結構的碳包銅納米粒子的質量百分比達到3%時，測定到基體的熱導率提高了 60%。實施例2將硝酸銅邊攪拌邊加入乙二醇中，將硝酸銅與乙二醇的混合溶液加熱至130°C使硝酸銅完全溶解於乙二醇形成淡藍色溶液，硝酸銅佔溶液的質量百分比為2. 5%。將含氨量與硝酸銅質量比為3:1的氨水邊攪拌邊緩慢滴入淡藍色溶液，得到藍色絮狀沉澱物的溶液。取可溶性澱粉溶於去離子水中形成澱粉溶液，配製成溶質質量百分比為8%的可溶性澱粉溶液。取12ml可溶性澱粉溶液緩慢滴入藍色絮狀沉澱物的混合溶液中，待反應完全後得到粘稠狀液體，將該粘稠狀液體放入烘箱中以80°C的烘乾溫度，保溫時間18h烘乾形成塊狀物體。將烘乾後得到的塊狀物體用研缽研碎形成粉末，將研磨好的粉末放入管式爐中，通入保護氣體氮氣並進行加熱，升溫速度設定為I. 5°c /min,當溫度升至220°C時後通入還原氣體氫氣，並將升溫速度調節至3°C/min，溫度升至800°C停止加熱並保溫3小時後，停止通入氮氣和氫氣，隨爐冷卻後得到黑色粉末狀物質即為具有核殼結構的碳包銅納米粒子。通過透射電鏡觀察到製備出的具有核殼結構的碳包銅納米粒子的粒徑為30-50nm,將製備出的具有核殼結構的碳包銅納米粒子作為填料分散在聚矽氧烷基體中，當填入的具有核殼結構的碳包銅納米粒子的質量百分比達到3%時，測定到基體的熱導率提高了 60%。實施例3將硝酸銅邊攪拌邊加入乙二醇中，將硝酸銅與乙二醇的混合溶液加熱至130°C硝酸銅完全溶解於乙二醇形成淡藍色溶液，硝酸銅佔溶液的質量百分比為2%。將含氨量與硝酸銅質量比為3:1的氨水邊攪拌邊緩慢滴入淡藍色溶液，得到藍色絮狀沉澱物的混合溶液。取可溶性澱粉溶於去離子水中形成澱粉溶液，配製成溶質質量百分比為8%的可溶性澱粉溶液。取14ml可溶性澱粉溶液緩慢滴入藍色絮狀沉澱物的混合溶液中，待反應完全後得到粘稠狀液體，將該粘稠狀液體放入烘箱中以80°C的烘乾溫度，保溫時間20h烘乾形成塊狀物體。將烘乾後得到的塊狀物體用研缽研碎形成粉末，將研磨好的粉末放入管式爐中進行加熱，通入保護氣體氮氣並進行加熱，升溫速度設定為I. 5°C /min,當溫度升至260°C時後通入還原氣體氫氣，並將升溫速度調節至3°C /min，溫度升至90(TC停止加熱並保溫3. 5小時後，停止通入氮氣和氫氣，隨爐冷卻後得到的黑色粉末狀物質即為具有核殼結構的碳包銅納米粒子。通過透射電鏡觀察到製備出的具有核殼結構的碳包銅納米粒子的粒徑為40-70nm，將製備出的具有核殼結構的碳包銅納米粒子作為填料分散在聚矽氧烷基體中，當填入的具有核殼結構的碳包銅納米粒子的質量百分比達到2%時，測定到基體的熱導率提高了 65%。實施例4將硝酸銅邊攪拌邊加入乙二醇中，將硝酸銅與乙二醇的混合溶液加熱至180°C使硝酸銅完全溶解於乙二醇形成淡藍色溶液，硝酸銅佔溶液的質量百分比為I. 25%。將含氨量與硝酸銅質量比為2. 25:1的氨水邊攪拌邊緩慢滴入淡藍色溶液，得到藍色絮狀沉澱物的混合溶液。取可溶性澱粉溶於去離子水中形成澱粉溶液，配製成溶質質量百分比為15%的可 溶性澱粉溶液。取18ml可溶性澱粉溶液緩慢滴入藍色絮狀沉澱物的混合溶液中，待反應完全後得到粘稠狀液體，將該粘稠狀液體放入烘箱中以70°C的烘乾溫度，保溫時間20h烘乾形成塊狀物體。將烘乾後得到的塊狀物體用研缽研碎形成粉末，將研磨好的粉末放入管式爐中進行加熱，通入保護氣體氮氣並進行加熱，升溫速度設定為3°C /min,當溫度升至280°C時後通入還原氣體氫氣，並將升溫速度調節至3. 5°C/min，溫度升至1000°C停止加熱並保溫5小時後，停止通入氮氣和氫氣，隨爐冷卻後得到的黑色粉末狀物質即為具有核殼結構的碳包銅納米粒子。通過透射電鏡觀察到製備出的具有核殼結構的碳包銅納米粒子的粒徑為40-60nm，將製備出的具有核殼結構的碳包銅納米粒子作為填料分散在聚矽氧烷基體中，當填入的具有核殼結構的碳包銅納米粒子的質量百分比達到3%時，測定到基體的熱導率提高了 75%。實施例5將硝酸銅邊攪拌邊加入乙二醇中，將硝酸銅與乙二醇的混合溶液加熱至190°C使硝酸銅完全溶解於乙二醇形成淡藍色溶液，硝酸銅佔溶液的質量百分比為1.11%。將含氨量與硝酸銅質量比為1.8:1的氨水邊攪拌邊緩慢滴入淡藍色溶液，得到藍色絮狀沉澱物。取可溶性澱粉溶於去離子水中形成澱粉溶液，配製成溶質質量百分比為10%的可溶性澱粉溶液。取20ml可溶性澱粉溶液緩慢滴入藍色絮狀沉澱物的混合溶液中，待反應完全後得到粘稠狀液體，將該粘稠狀液體放入烘箱中以70°C的烘乾溫度，保溫時間24h烘乾形成塊狀物體。將烘乾後得到的塊狀物體用研缽研碎形成粉末，將研磨好的粉末放入管式爐中進行加熱，通入保護氣體氮氣並進行加熱，升溫速度設定為2. 5°C /min,當溫度升至300°C時後通入還原氣體氫氣，並將升溫速度調節至2°C/min，溫度升至120(TC停止加熱並保溫3小時後，停止通入氮氣和氫氣，隨爐冷卻後得到的黑色粉末狀物質即為具有核殼結構的碳包銅納米粒子。通過透射電鏡觀察到製備出的具有核殼結構的碳包銅納米粒子的粒徑為50-80nm，將製備出的具有核殼結構的碳包銅納米粒子作為填料分散在聚矽氧烷基體中，當填入的具有核殼結構的碳包銅納米粒子的質量百分比達到2%時，測定到基體的熱導率提高了 70%。如圖I所示為本發明方法製備出的具有核殼結構的碳包銅納米粒子的投射電鏡圖，圖中粒子呈球形且大小均勻，該圖中的納米粒子直徑約為20納米，粒子顯示出明顯的 核殼結構，內部為金屬銅核，外部為多層碳膜。本發明提供的一種具有核殼結構的碳包銅納米粒子的製備方法不需要使用專門的設備即可製得碳包銅納米粒子，步驟簡單，並且與傳統的方法相比造價低，易於實現。
權利要求
1.一種具有核殼結構的碳包銅納米粒子的製備方法，其特徵在於，按照以下步驟具體實施 步驟I、將硝酸銅邊攪拌邊加入乙二醇中，將硝酸銅與乙二醇的混合溶液加熱至100-200°C使硝酸銅完全溶解於乙二醇形成淡藍色溶液，其中硝酸銅佔溶液的質量百分比為 1-30% ； 步驟2、將氨水邊攪拌邊緩慢滴入步驟I製得的淡藍色溶液，得到藍色絮狀沉澱物的混合溶液； 步驟3、取可溶性澱粉溶於去離子水中形成澱粉溶液，其中可溶性澱粉佔溶液的質量百分比為2-25% ； 步驟4、將步驟3製得的澱粉溶液緩慢滴入步驟2製得的含有藍色絮狀沉澱物的混合溶液中，其中澱粉溶液與含有藍色絮狀沉澱物的混合溶液的質量比為1-9:3，待反應完全後得到粘稠狀液體，將該粘稠狀液體放入烘箱中以70-100°C的烘乾溫度，12-48h的保溫時間烘乾，得到塊狀物體； 步驟5、將步驟4得到的塊狀物體用研缽研碎形成粉末，取研磨好的粉末放入管式爐中，通入保護氣體並進行加熱，升溫速度設定為1_5°C /min，當溫度升至200-300°C時，通入還原氣體，並將升溫速度調節至2-10°C /min,當溫度升至700-1200°C時停止加熱，保溫1_6小時後，停止通入保護氣體和還原氣體，隨爐冷卻後得到黑色粉末狀物質即為具有核殼結構的碳包銅納米粒子。
2.根據權利要求I所述的一種具有核殼結構的碳包銅納米粒子的製備方法，其特徵在於，步驟2氨水中的氨與藍色溶液中硝酸銅的質量比為1-6:1。
3.根據權利要求I所述的一種具有核殼結構的碳包銅納米粒子的製備方法，其特徵在於，步驟5中保護氣體為氮氣。
4.根據權利要求I所述的一種具有核殼結構的碳包銅納米粒子的製備方法，其特徵在於，步驟5中還原氣體為氫氣。
全文摘要
本發明公開了一種具有核殼結構的碳包銅納米粒子的製備方法，將硝酸銅加入乙二醇中加熱溶解，再加入氨水形成含有藍色絮狀物的液體，然後再加入可溶性澱粉水溶液，不斷攪拌形成粘稠狀液體，將其烘乾研磨成粉末，最後將粉末放入管式爐中，通入保護氣體並進行加熱分解一定時間，待爐體冷卻後取出黑色粉末狀樣品，即為碳包銅納米粒子。本發明製備方法簡單，所需設備或裝置不用專門設計或製造，造價低，製備步驟簡單，容易實現。本發明的製備方法製備出的具有核殼結構的碳包銅納米粒子具有明顯提高機體熱導率的特性。
文檔編號B22F9/22GK102806356SQ201210268548
公開日2012年12月5日 申請日期2012年7月30日 優先權日2012年7月30日
發明者陳進 申請人:西安科技大學