专利名称：碳包金属纳米材料的制备方法
技术领域：
本发明涉及纳米材料的制备方法，尤其涉及一种碳包金属纳米材料的制备方法。
背景技术：
碳包金属纳米微粉是一种新型纳米材料，当金属为过渡金属或稀土金属时，该材料具有优越的磁学特性。由于金属纳米颗粒之间被碳包裹而互相隔离，因此该结构形式既显示出纳米尺寸效应又克服纳米金属材料因表面能过大表现出的热、化学不稳定等缺陷，所以，碳包金属纳米材料具有良好的电磁特性、热稳定性和耐腐蚀性。另外，由于该材料的外层含有C＝C键，可以强烈吸收红外线，所以，碳包金属纳米材料应用为电磁波吸收材料。
目前，现有的制备技术主要有电弧放电法(Arc Discharge)、化学气相沉积法(Chemical Vapor Deposition)和雷射挥发法(Laser Vaporization)。由于化学气相沉积法和雷射挥发法实验设备昂贵，生产率较低，所以，不适合工业上大量制备。
电弧放电法是碳包金属纳米材料的主要制备方法。美国专利第5,783,263号揭露一种碳包金属纳米材料的制备方法，该方法的步骤如下a)提供一石墨棒电极，该石墨棒的内心包裹一金属棒，该金属棒可选用磁性金属和其合金或者该磁性金属和其合金的氧化物；b)使该石墨棒电极发生电弧放电形成一包含磁性金属的碳纳米颗粒和其它非磁性材料物质；c)提供一磁场，从上述其它非磁性材料物质中分离出包含磁性金属的碳纳米颗粒。
如图3所示，一电弧放电设备30包括一石墨棒阴极32和一石墨棒阳极34，石墨棒阳极34还包裹一金属棒36。上述碳包金属纳米材料的制备方法主要缺点有其一，消耗完金属棒36之后，须重新更换含有金属棒36的石墨棒阳极34，不能连续生产；其二，金属棒36容易消耗，而且浪费石墨棒电极34；其三，金属棒36在石墨棒电极34中分布不均，生长出的碳包金属材料含量低，其它杂质较多。
有鉴于此，提供一种针对上述缺点的改进的碳包金属纳米材料的制备方法实为必要。
发明内容本发明的目的在于提供一种针对上述缺点的改进的碳棒电极的碳包金属纳米材料的制备方法。
为实现本发明目的，本发明提供一种碳包金属纳米材料的制备方法，其包括提供一均匀分散金属纳米颗粒的碳棒电极；使该碳棒电极发生电弧放电；收集并分离出碳包金属纳米材料。
与先前技术相较，本发明采用均匀分散金属纳米颗粒的碳棒电极用于制备碳包金属纳米材料，有以下优点其一，均匀分散金属纳米颗粒的碳棒电极使用方便而且可以连续使用，无须在碳棒电极中间插入金属棒；其二，均匀分散金属纳米颗粒的碳棒电极金属纳米颗粒不容易消耗，充分利用碳棒电极；其三，均匀分散金属纳米颗粒的碳棒电极制备简单，只须将金属纳米颗粒与碳材料混和加压烧结制成碳棒电极。所以，本发明的制备方法具有制备简单，使用方便的优点。
图1是本发明制备碳包金属纳米材料的步骤示意图。
图2是本发明均匀分散金属纳米颗粒的碳棒电极示意图。
图3是现有技术的碳棒电极包裹金属棒示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1，本发明碳包金属纳米材料的制备方法包括下列步骤步骤1，提供一均匀分散金属颗粒的碳棒电极。该碳棒电极是利用粉末冶金方法将金属纳米颗粒与碳材料混和加压烧结制成。该金属纳米颗粒可选铁、镍或钴等金属；该均匀分散金属纳米颗粒的碳棒电极垂直设置在一真空电弧放电设备内，连接电源形成碳棒阳极；在设备内，与该碳棒阳极相互对称的适当位置设置一碳棒阴极，该碳棒阴极可以选用上述均匀分散金属纳米颗粒的碳棒电极，也可以选用纯石墨棒或无定形碳棒。可以理解的是，在真空电弧放电设备内可以设置多对碳棒阳极与碳棒阴极，用于提高产率。
步骤2，使该石墨棒电极发生电弧放电形成一包含金属的碳纳米颗粒和其它材料。激活电弧放电设备，对电弧放电设备进行抽真空处理；再引入保护气体，如惰性气体等；接通电源使多对碳棒电极之间形成稳定的电弧。
步骤3，收集并分离产物，得到碳包金属纳米材料。经适当合成反应时间，关闭真空电弧放电设备，收集产物并使分离出碳包金属纳米材料。分离产物的方法可采用电磁分离方法等。
为能进一步详细说明本发明，请一并参阅图1和图2，以碳包钴纳米材料的制备为例说明本发明各步骤。
本实施方式步骤1，制备均匀分散钴纳米颗粒26的碳棒电极24。将钴纳米颗粒26与石墨粉均匀混合，利用粉末冶金方法将上述混合物加高压烧结制成棒状的碳棒电极24。
提供一真空电弧放电设备20，在真空电弧放电设备20内部上方垂直设置阴极石墨棒22；与真空电弧放电设备20内部上方相应，其下方设置阳极石墨棒24。阴极22与阳极24的石墨棒的直径相等且互相对准。
本实施方式步骤2，激活电弧放电设备20；抽真空至1×10-2torr；引入氦气或其它惰性气体至100～200Torr；接通电源(电压20～50V，电流60～120A)使该多对电极石墨棒之间形成稳定的电弧。
本实施方式步骤3，经适当合成反应时间，关闭真空电弧放电设备20。收集产物并采用电磁分离法分离出碳包钴纳米材料，其包括以下步骤将产物的微粒分散于溶剂中，形成悬浮液，超声波震荡2～3分钟，悬浮液经蠕动泵输送至一外管装有磁铁的玻璃管，当悬浮液缓慢流经玻璃管时，由于磁场作用磁性碳包钴金属便被磁铁吸附，非磁性物质则随溶剂流出玻璃管，收集磁性微粉，再将其分散于溶剂中，重复上述分离步骤一次，得纯净的碳包钴纳米材料。
可以理解的是，采用本发明的方法可大量制备含金属的碳纳米管、纳米碳球等产物。
本发明的制备方法具有以下优点均匀分散金属纳米颗粒的碳棒电极使用方便而且可以连续使用，无须再碳棒电极中间插入金属棒；均匀分散金属纳米颗粒的碳棒电极金属纳米颗粒不易消耗，充分利用碳棒电极；均匀分散金属纳米颗粒的碳棒电极制备简单，只须将金属纳米颗粒与碳材料混和加压烧结制成碳棒电极。
权利要求
1.一种碳包金属纳米材料的制备方法，其包括提供至少一均匀分散金属颗粒的碳棒电极；使该碳棒电极发生电弧放电；收集并分离出碳包金属材料。
2.如权利要求1所述的碳包金属纳米材料的制备方法，其特征在于碳棒电极为阳极。
3.如权利要求1所述的碳包金属纳米材料的制备方法，其特征在于碳棒电极为利用粉末冶金方法将金属颗粒与碳材料混和加压烧结制成。
4.如权利要求1所述的碳包金属纳米材料的制备方法，还进一步包括提供一碳棒阴极，与该均匀分散金属颗粒的碳棒电极相互对称设置。
5.如权利要求4所述的碳包金属纳米材料的制备方法，其特征在于碳棒阴极可为石墨棒、无定形碳棒或均匀分散金属颗粒的碳棒电极。
6.如权利要求1所述的碳包金属纳米材料的制备方法，其特征在于金属颗粒为铁、镍或钴。
7.如权利要求1所述的碳包金属纳米材料的制备方法，其特征在于使碳棒电极发生电弧放电之前进一步包括下列步骤a)抽真空，b)引入保护气体。
8.如权利要求1所述的碳包金属纳米材料的制备方法，其特征在于分离方法包括电磁分离法。
全文摘要
本发明涉及一种碳包金属纳米材料的制备方法，其包括提供一碳棒电极，该碳棒电极均匀分散金属颗粒，是利用粉末冶金方法将金属颗粒与碳材料混和加压烧结制成；使该碳棒电极发生电弧放电形成一包含金属的碳纳米颗粒；收集并分离出碳包金属材料。本发明的制备方法具有制备简单，使用方便的优点。
文档编号B22F9/02GK1698999SQ20041002738
公开日2005年11月23日 申请日期2004年5月21日 优先权日2004年5月21日
发明者林国隆, 颜士杰 申请人:鸿富锦精密工业(深圳)有限公司, 鸿海精密工业股份有限公司