专利名称：纳米结构镍粉及其制备方法
技术领域：
本发明涉及纳米结构的镍粉及其制造方法。
背景技术：
超细镍粉具有优良的抗腐蚀、催化性能及具有很大的比表面积和体积效应，可以用作化工工业的催化剂、磁记录材料、电磁屏蔽材料、储氢材料、导电胶等等，在宇航、电子、化工、冶金、军事等方面应用越来越广泛。尤其是特殊形貌的金属粉末，它在高科技方面的应用更加广泛。因为电子结构取决于界面的状态，而粒子形貌又是影响界面结构的一个重要因素。因此，尺寸形貌可控的纳米金属粒子的制备，受到了研究者们的广泛重视。
已有的制造金属镍粉的方法很多，如机械粉碎法、构筑法、电解法、浆化高压氢还原法、液相还原法等等。采用这些方法制备的镍粉，形貌单一，多为树枝晶或类球状金属粉末。采用水合肼做还原剂制备超细镍粉，已经有不少的专利文献和非专利文献报道。如日本成都高能化学工业有限公司的专利申请98124035.6、中国科学技术大学的专利申请99101538.X、北京科技大学的专利申请02148673.5、山东大学的专利申请01107728.X、北京有色金属研究总院的专利申请01144702.8等，都报道了镍粉的制备方法，所得的镍粉都是类球状，其导电性、成形性等性能在某些应用领域里还不够好。
发明内容
本发明的目的是提供一种刺球状的超细纳米结构镍粉及其制备方法。
为达上述目的，本发明的纳米结构镍粉的特征是粉粒表面布满纳米刺状结构，刺的长度在20nm～800nm之间，刺的直径在10nm～200nm之间，粉体平均粒度在50nm～3μm之间。
制备上述镍粉的方法如下在常温机械搅拌或/和外加超声场的条件下，把加有碱、还原剂、表面活性剂添加剂A和十二烷基苯磺酸钠的混合水溶液与镍盐水溶液混合均匀后，在50℃～98℃下反应5～390分钟至溶液变成黑色，冷却、洗涤、烘干，得刺球状镍粉。
所述表面活性剂添加剂A为水溶性高分子聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)中的任一种，平均分子量不小于2万，浓度为0.1～20g/L。
所述十二烷基苯磺酸钠的浓度为0.001～20g/L。
所述镍盐为氯化镍、硫酸镍、醋酸镍中的一种或一种以上的混合物，镍离子的浓度为0.05～0.6mol/L。
所述还原剂为肼或水合肼，其浓度与镍离子浓度比为2～10∶1。
所述碱为氢氧化钠、碳酸钠、醋酸钠中的任一种，OH-的浓度为0.2～7mol/L。
所得还原产物用去离子水和丙酮交替进行洗涤。
还原产物洗涤后在惰性气体中进行烘干。
采用本发明方法生产镍粉，工艺过程简单，易于操作，生产成本低廉，适宜于工业化生产。所得镍粉粒径分布范围窄，表面布满了刺，刺的长度在20纳米至800纳米之间可调，刺的直径在10纳米至200纳米可调，平均粒度在50nm～3μm之间可调。
由于在镍粉体表面分布大量纳米尺度的金属刺，可以有效地避免粉体之间的团聚；这些纳米刺在高分子中又可非常有效的起到钉扎高分子的作用，克服一般金属粉加入高分子材料后显著降低材料力学性能的问题，显著改善材料的力学性能；同时纳米刺增加了粉体之间的连接机会，在相同用粉条件下可提高材料的导电和导热性能。可见，本发明所得的刺球状纳米结构镍粉可在更多的技术领域中得到广泛应用。
图1是实施例1制得的刺球状镍粉放大2万倍的扫描电子显微镜照片。
图2是实施例2制得的刺球状镍粉放大3万倍的扫描电子显微镜照片。
图3是实施例2制得的刺球状镍粉表面刺放大25万倍的透视电子显微镜照片。
具体实施例方式
实施例1首先配好氯化镍水溶液。再配好含有氢氧化钠、水合肼、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和十二烷基苯磺酸钠的混合水溶液，在常温搅拌及外加超声场的情况下将两种溶液在反应容器中均匀混合，保证最终镍离子浓度为0.05mol/L，氢氧化钠浓度为0.4mol/L，水合肼浓度为0.4mol/L，PVP浓度为0.1g/L，十二烷基苯磺酸钠浓度为0.01g/L，然后升温到55℃反应。搅拌速度为200转/分，反应时间为100分钟。反应结束后，溶液变成黑色，经沉积并冷却至常温，用去离子水和丙酮交替进行洗涤后，在氮气中干燥，得到如图1所示纳米结构刺球状镍粉，刺的长度在20nm～50nm之间，刺的直径在10nm～50nm之间，粉体粒度在50nm～150nm之间。
实施例2首先配好氯化镍水溶液。再配好含有氢氧化钠、水合肼、聚乙烯醇(PVA)和十二烷基苯磺酸钠的混合水溶液，在常温搅拌及外加超声场的情况下将两种溶液在反应容器中均匀混合，保证最终镍离子浓度为0.6mol/L，氢氧化钠浓度为0.5mol/L，水合肼浓度为6mol/L，PVA浓度为10g/L，十二烷基苯磺酸钠浓度为1g/L，混合均匀后升温到90℃反应，搅拌速度为200转/分。反应时间为250分钟。反应结束后经沉积、冷却，用去离子水、丙酮洗涤后，在氮气中加温干燥，得到如图2、图3所示纳米结构刺球状镍粉，刺的长度在150nm～800nm之间，刺的直径在15nm～200nm之间，粉体平均粒度在1μm～3μm之间。
实施例3首先配好氯化镍水溶液。再配好含有氢氧化钠、水合肼、聚乙二醇(PEG)和十二烷基苯磺酸钠的混合水溶液，在搅拌的情况下将两种溶液在反应容器中均匀混合，保证最终镍离子浓度为0.1mol/L，氢氧化钠浓度为7mol/L，肼浓度为0.5mol/L，PEG浓度为4g/L，十二烷基苯磺酸钠浓度为0.3g/L，混合均匀后升温到70℃反应，搅拌速度为200转/分。反应时间为50分钟。反应结束后经沉积，用去离子水和丙酮交替洗涤后，在氩气中加热干燥，得到纳米结构刺球状镍粉，刺的长度在50nm～100nm之间，刺的直径在50nm～100nm之间，粉体平均粒度在120nm～300nm之间。
实施例4首先配好硫酸镍水溶液。再配好含有碳酸钠、水合肼、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和十二烷基苯磺酸钠的混合水溶液，在外加超声场的情况下将两种溶液在反应容器中均匀混合，保证最终镍离子浓度为0.3mol/L，OH-浓度为0.5mol/L，水合肼浓度为0.6mol/L，PVP浓度为0.4g/L，十二烷基苯磺酸钠浓度为0.001g/L，然后升温到98℃反应。反应时间为5分钟，搅拌速度为200转/分。反应结束后经沉积并冷却，用去离子水和丙酮交替洗涤后，在惰性气体下加热干燥，得到纳米结构刺球状镍粉，刺的长度在30nm～60nm之间，刺的直径在50nm～100nm之间，粉体平均粒度在80nm～150nm之间。
实施例5首先配好醋酸镍水溶液。再配好含有醋酸钠、水合肼、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和十二烷基苯磺酸钠的混合水溶液，在搅拌的情况下将两种溶液在反应容器中均匀混合，保证最终镍离子浓度为0.1mol/L，OH-浓度为0.2ml/L，水合肼浓度为0.5mol/L，PVP浓度为20g/L，十二烷基苯磺酸钠浓度为20g/L，然后升温到50℃反应。反应时间为390分钟，搅拌速度为200转/分。反应结束后经沉积冷却，用去离子水和丙酮交替洗涤后，在氮气中加热干燥，得到纳米结构刺球状镍粉，刺的长度在200nm～500nm之间，刺的直径在100nm～200nm之间，粉体平均粒度在500nm～1.5μm之间。
权利要求
1.一种纳米结构镍粉，其特征在于粉粒表面布满纳米刺状结构，刺的长度在20nm～800nm之间，刺的直径在10nm～200nm之间，粉体平均粒度在50nm～3μm之间。
2.一种制备权利要求1所述纳米结构镍粉的方法，其特征在于在常温机械搅拌或/和外加超声场条件下，把加有碱、还原剂、表面活性剂添加剂A和十二烷基苯磺酸钠的混合水溶液与镍盐水溶液混合均匀后，在50℃～98℃下反应5～390分钟至溶液变为黑色，冷却、洗涤、烘干，得刺球状镍粉。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述表面活性剂添加剂A为平均分子量不小于2万的水溶性高分子聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、聚乙二醇(PEG)中的任一种，浓度为0.1～20g/L。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述十二烷基苯磺酸钠的浓度为0.001～20g/L。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述镍盐为氯化镍、硫酸镍、醋酸镍中的一种或一种以上的混合物，镍离子的含量为0.05～0.6mol/L。
6.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述还原剂为肼或水合肼，其浓度与镍离子浓度比2～10∶1。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述碱为氢氧化钠、碳酸钠、醋酸钠中的任一种，OH-的浓度为0.2～7mol/L。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的方法，其特征在于还原产物用去离子水和丙酮交替进行洗涤。
9.根据权利要求2至7中任一项所述的方法，其特征在于还原产物洗涤后在惰性气体中进行烘干。
全文摘要
本发明提供了一种新型的纳米结构镍粉及其制造方法。本发明制备的纳米结构镍粉是一种表面布满了纳米尺寸的刺的刺球状镍粉，刺的长度在20纳米至800纳米之间可调，刺的直径在10纳米至200纳米可调，纳米结构刺球状镍粉平均粒度在50nm～3μm之间可调。该方法是把含有镍盐水溶液与含有碱、还原剂和同时含有两种表面活性剂添加剂A和十二烷基苯磺酸钠的水溶液均匀混合后，在50℃～98℃下反应5～390分钟后，冷却、洗涤、烘干，制出粒径分布范围窄的纳米结构刺球状镍粉。
文档编号B22F9/16GK1586773SQ200410050999
公开日2005年3月2日 申请日期2004年8月6日 优先权日2004年8月6日
发明者任山, 张庆堂, 武辉, 洪澜, 赖灿雄 申请人:中山大学