专利名称：一种纳米铜粉的制备方法
技术领域：
本发明涉及一种纳米铜粉的制备方法。
背景技术：
纳米材料其晶粒或颗粒尺寸在100纳米以下。纳米级超细粉的粒度极细，处于
表面和界面的原子数已可以和体内的原子数相比拟，导致其化学性质十分活泼， 表面和界面的扩散效应异常增大。小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应都十 分明显。纳米铜粉末易氧化，在氧化还原反应中可以作强还原剂，提高燃速， 加大炸药的威力。由于纳米材料的量子尺寸效应和宏观量子隧道效应，纳米铜 粉分散在许多介质中表现出异常强的导电和导热性能，将会开发出重要应用。 纳米铜粉的比表面大，表面活性中心数目多，在冶金和石油化工中是优良的催 化剂。在高分子聚合物的氢化和脱氢反应中纳米铜粉有极高的活性和选择性。 在乙炔聚合反应制造纤维的过程中纳米铜粉是很有效的催化剂。纳米铜和铁镍 等过渡族金属纳米级超细粉可以使一氧化碳转变为二氧化碳在环保工业中将会 发挥很大的作用。随着电子工业的发展，由纳米铜粉制备出的超细厚膜浆料将 在大规模集成电路中有重要的应用。纳米铜粉极细而且软，它是一种很好的润 滑剂。把它放入油脂中可以进一步提高耐磨性能，特别是提高精密机械和航空 等高速运转部件的耐磨性能。有些有机润滑脂在高温下发生碳化甚至发生粘结 现象，这种情况下使用纳米铜粉润滑脂效果很好。在汽车引擎中加入分散均匀 的纳米镀铜液可以提高引擎汽缸和活塞的耐磨性能。改善机动车齿轮部件的磨 损。引擎镀铜液在引擎运转过程中还可以自动修复汽缸中的缺陷如局部的不平
整或刮伤小槽沟等。因而可以延长发动机的使用寿命，提高动力，节省燃油。 在汽车、坦克等机动车上将会逐渐采用。纳米级超细铜粉可以放入导电油脂中 增加其导电性能。用在大电流刀闸开关起动时消除电弧。少量的纳米级超细铜 粉加在织物中可以起到防静电的作用。对于制造轻而软的防静电服装很有用， 同时还起到杀菌的作用。
关于纳米铜粉的化学制备，在高愈尊等人的专利ZL96 1 05280. 5中采用络合 还原法，用活性金属粉末作还原剂来制备纳米铜粉。这种方法的缺点是在反应 完成后剩余的活性金属粉还原剂不易洗净，可能影响到纳米铜粉的纯度。本专 利不采用活性金属粉末作还原剂，而是采用易溶于水的硼氢化物作还原剂。由 于易于清洗，可以达到较高的纯度。
本发明的目的是提供一种工艺简单、易操作的纳米铜粉制备方法。
为实现上述目的，本发明通过以下技术方案制备
以铜盐为原料，以硼氢化物为还原剂，用纯水溶解铜盐，加入分散剂搅拌
均匀得铜盐的水溶液；在上述铜盐水溶液中按化学计量加入足量的氨水生成深 蓝色的四氨合铜络离子；将还原剂硼氢化物溶解在纯水中；将还原剂硼氢化物 水溶液倒入已络合的铜盐水溶液容器中，持续地搅拌，还原反应完成后继续搅 拌；停止搅拌后，静置澄清，去掉上清液，留下沉淀物；用纯水洗涤沉淀3 6 次后过滤；然后在流动的氩气氛下干燥，即得本发明的纳米铜粉。 上述纳米铜粉的制备方法，包括如下步骤
(1) 、将铜盐配成0.01 0. lmo1/1的水溶液，加入分散剂，搅拌使其溶解，
再加入足量的氨水生成深蓝色四氨合铜络离子的水溶液，得到溶液I，其中铜 盐与分散剂的摩尔数量比为1:0. 1 0.4，铜盐与氨水的摩尔数量比为1:4 ;
(2) 、将还原剂硼氢化物溶解在纯水中，得溶液II，还原剂的摩尔数量与 溶液I中铜盐的摩尔数量之比为1.0 1.5: 1;
(3) 、把溶液II加入到溶液I中，搅拌10 30分钟；反应后产生沉淀物， 然后静置，去掉上清液，留下沉淀物；
(4) 、用纯水清洗步骤(3)所得沉淀物，共3 6次，然后过滤；
(5) 、将过滤所得沉淀物在流动氩气氛下于80 12(TC千燥处理10 20小 时，即得纳米铜粉；
(6) 、加入适当的表面保护剂搅拌均匀并在so i2crc烤干。 上述制备方法中所述的铜盐为硫酸铜、二氯化铜或硝酸铜等之一种。 上述制备方法中所述的水为离子交换纯水、蒸馏水等之一种。 上述制备方法中所述的分散剂为聚乙烯醇、聚乙二醇、辛基苯基醚或聚氧
乙烯垸基醚等之一种。
上述制备方法中所述的还原剂为硼氢化锂、硼氢化钾或硼氢化钠。还原剂 水溶液的浓度为0. 5 2mol/l。
上述制备方法中所述的表面保护剂为甘油。
本发明制备方法中还原反应在室温下进行。
用失重法确定纳米镍包铝粉产品在热处理前和在流动氩气氛中经过IO(TC 24小时热处理以后的重量差来确定纳米铜粉的水含量。
本发明中纳米铜粉的粒度可用JEM-2000FX透射电子显微镜来观察，放大倍 数为X50K。
用透射电子显微镜的能量色散X光谱(EDS能谱)可以检测纳米铜粉中的杂 质成分。
纳米铜粉的透射电镜图像见说明书附图1
本发明的优点在于(l)、本发明还原效率高、回收率高，生成纳米铜粉的 粒度都在100纳米以下；(2)、本发明制备方法中使用易溶于水的还原剂，反 应后容易清洗干净；(3)、本发明制备方法工艺流程简单，易于操作；(4)、本 发明的制备方法中所用的还原剂硼氢化物无毒、无环境污染。
具体实施例方式
以下通过实施例对本发明做进一步说明，但是不对本发明构成任何限制。 实施例1
纳米铜粉的制备，按照如下歩骤进行
(1)、将100克硫酸铜(市售，分析纯，分子式CuS04 5&0)溶解于3升纯 水中，加入5克聚乙烯醇，搅拌使其溶解，再加入浓度为25%的氨水150毫升
生成深蓝色的四氨合铜络离子的水溶液，得溶液I;
(2) 、把20克硼氢化钾溶于200毫升水中，得溶液II;
(3) 、把溶液II倒入溶液I中，持续搅拌，产生沉淀物，直到溶液变为无
色；
(4) 、停止搅拌，静置，倾弃上部水溶液，留下沉淀物；
(5) 、用纯水清洗沉淀物5次，然后过滤；
(6) 、将步骤(5)清洗过的沉淀物在流动氩气氛下于IO(TC干燥处理12 小时，即得纳米铜粉。其电子显微形貌像如说明书附图1。其平均粒度为50纳 米。
实施例2
对实施例1中的纳米铜粉做表面甘油包覆。 纳米铜粉的制备，按照如下步骤进行-
(1) 、将100克硫酸铜(市售，分析纯，分子式CuS04 5&0)溶解于3升纯 水中，并加入5克聚乙烯醇，搅拌使其溶解，再加入浓度为25%的氨水150毫 升生成深蓝色的四氨合铜络离子，得溶液I;
(2) 、把20克硼氢化钾溶于200毫升水中，得溶液I工；
(3) 、把2毫升甘油溶于30毫升酒精中，搅拌均匀，得溶液III。
(4) 、把溶液II倒入溶液I中，持续搅拌，产生沉淀物，直到溶液变为无
色；
(5) 、停止搅拌，静置，倾弃上部水溶液，留下沉淀物；
(6) 、用纯水清洗沉淀物，共5次，然后过滤；
(7) 、将步骤(5)清洗过的沉淀物在流动氩气氛下于6(TC干燥处理3小 时后，将溶液III倒入此沉淀物的容器中并搅拌均匀。再于流动氩气氛下IO(TC 10小时烘干即得甘油包覆的纳米铜粉。
权利要求
1.一种纳米铜粉，其特征在于其粉末粒度小于100纳米。
2、 按照权利要求1所述的纳米铜粉，其特征在于通过以下制备方法得到 以铜盐为原料，以硼氢化物为还原剂，用纯水溶解铜盐，加入分散剂搅拌均匀 得铜盐的水溶液再加入足量的氨水生成深蓝色四氨合铜络离子的水溶液；将还 原剂溶解在纯水中；将还原剂水溶液倒入盛有已用氨水络合的铜盐水溶液中， 持续地搅拌直到溶液变为无色，还原反应完成后继续搅拌；停止搅拌后，静置澄 清，去掉上清液，留下沉淀物；用纯水洗涤沉淀3 6次后过滤；然后在流动的 氩气氛下干燥，即得纳米铜粉。
3、 权利要求1或者2所述的纳米铜粉的制备方法，包括如下步骤(1) 、将铜盐配成0.01 0. lmo1/1的水溶液，再加入分散剂，搅拌使其溶 解，再加入足量的分析纯氨水生成深蓝色四氨合铜络离子的水溶液，得到溶液 I，其中铜盐与分散剂的摩尔数量比为1:0. 1 0.4，铜盐与氨水的摩尔数量比 为1:4;(2) 、把还原剂溶于纯水中制成水溶液，得溶液II，其中还原剂与(1) 中铜盐的摩尔数量比为1,0 1.5:1;(3) 、把溶液II加入到溶液I中，搅拌30 60分钟；直到溶液变成无色， 反应产生沉淀物，静置，去掉上清液，留下沉淀物；(4) 、用纯水清洗步骤(3)所得沉淀物，共3 6次，然后过滤；(5) 、将过滤所得沉淀物在流动氩气氛下于80 120'C干燥处理10 20小 时，即得纳米铜粉。
4、 按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于其所述的铜盐为硫酸铜、 氯化铜或硝酸铜等之一种。
5、 按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于其所述的水为离子交换纯 水、蒸馏水等之一种。
6、 按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于其所述的分散剂为聚乙烯 醇、聚乙二醇、辛基苯基醚或聚氧乙烯垸基醚等之一种。
7、 按照权利要求3所述的制备方法，其特征在于其所述的还原剂为硼氢化 钾、硼氢化锂或硼氢化钠，还原剂水溶液的浓度为0. 5 2mol/l 。
8、 按照权利要求1所述的纳米铜粉可在权利要求3步骤(4)过滤后在其 表面包覆一层保护剂。保护剂可以是甘油等。保护剂的重量为纳米铜粉重量的 1% 3%。
9、按照权利要求1所述的纳米铜粉在其表面包覆一层保护剂时，保护剂可以直接添加或按一定比例溶解于酒精之后添加在纳米铜粉上，搅拌均匀，在80 12(TC干燥处理10 20小时，即得表面包覆一层保护剂的纳米铜粉。
全文摘要
本发明公开了一种纳米铜粉的制备方法。其制备方法为以铜盐为原料，用硼氢化物为还原剂，把还原剂水溶液倒入已用氨水络合的铜盐水溶液中，快速搅拌，直到铜盐水溶液变为无色时就生成了纳米铜粉。当停止搅拌时，纳米铜粉迅速沉底后，倾弃上清液。多次水洗，静置澄清，倾弃上清液。最后经过滤，并在流动氩气氛中烘干后制得分散性良好的纳米铜粉。本发明制备方法生产工艺简单，易于操作，可进行大规模生产，并且可在纳米铜粉表面上包覆适当的保护层。
文档编号B22F1/00GK101372037SQ20071012064
公开日2009年2月25日 申请日期2007年8月23日 优先权日2007年8月23日
发明者李远松, 高愈尊 申请人:高愈尊;李远松