納米銅立方體顆粒的制備方法技術

納米銅立方體顆粒的制備方法，包括：提供金屬基底作為陰極并提供紫銅片作為陽極；配制電鍍液，所述電鍍液中Cu2+含量為0.02～0.10mol/L、有機弱酸含量為0.2～0.4mol/L、表面活性劑含量為電鍍液總質量的1%～4%，電鍍液pH值為5.0～7.5；以及利用所述電鍍液、所述陰極和所述陽極，采用電沉積法在所述金屬基底上制備納米銅立方體顆粒。根據本發明專利技術方法所制備的納米銅立方體純度高、形狀規則、顆粒大小均勻并且抗氧化性優良。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及ー種，屬于納米功能材料的制備

技術介紹
銅納米顆粒因其特異的物理化學性質，在潤滑油添加剤、導電涂料、高效催化劑、電極材料等領域有廣闊的應用前景。目前，銅納米顆粒常用的制備方法有液相還原法、氣相沉積法、溶膠-凝膠法、電化學方法等。其中液相還原法制備的納米粒子具有表面活性高、顆粒形狀和粒度易控制等優點，是制備金屬納米顆粒的重要途徑。Guangjun Zhou等(Guangjun Zhou, MengkaiLu, Zhongsen Yang.Langmuir.2006, 22, 5900-5903)以水合餅為還原劑，十二燒基苯橫酸鈉作為表面活性剤，通過液相還原法制備了分散 性好、粒度均勻、邊長尺寸為50±6nm的銅立方體。文謹等(一種納米銅顆粒的制備方法，中國專利技術專利，CN102198513A,2011.09.28)采用液相兩步還原法，以葡萄糖和亞磷酸鈉分別作為兩步反應過程中的還原劑，在溫度范圍為50 80°C下，反應30 120分鐘制備了具有良好抗氧化的球狀納米銅顆粒，但該方法制備的顆粒易團聚、均勻性較差，且制備過程較繁瑣。于三三等(一種納米金屬銅粉體的制備方法，中國專利技術專利，CN102581294A，2012.07.18)通過控制干燥時間、干燥溫度以及溶液PH值，使銅溶膠轉變為凝膠，在惰性氣氛保護下，于200 400°C下煅燒0.5 2h得到了IOnm IOOnm納米銅粉體，所得到的納米銅粉體無規則性、尺寸均勻性較差，且整個反應過程條件苛刻、設備復雜，不適合大規模生產。電化學方法的特點是設備簡單，成本低，已在エ業生產中有廣泛的應用。徐建林等(徐建林，陳紀東，張定軍，馬應霞.蘭州理工大學學報.2008, 34(3):9-11)在十二烷基硫酸鈉、吐溫80、苯、正丁醇、十二烷基硫醇和硫酸銅混合而成的乳液中，采用電化學合成方法制備了穩定、粒徑約為60 SOnm的Cu納米球形顆粒。納米銅顆粒表面的一層有機物不僅阻止了納米銅顆粒在空氣中或水中的團聚和氧化，而且還起到提高納米銅顆粒分散性的作用。李小毛(一種納米銅粉的制備方法，中國專利技術專利，CN102586800A，2012.07.18)以金屬銅作為陽極、有機醇為電解液、銨鹽為電解質的電化學方法制備納米銅粉，該方法雖說用電化學方法制備納米銅粉，但生產過程中只是利用犧牲陽極的電化學方法生成銅前驅體，然后利用液相還原法在高溫高壓下得到納米銅粉，其實質也是通過液相還原得到納米銅粉。雖然該方法生產出來的銅粉分散性較好，但制備過程較復雜，對設備要求高，得到的銅粉均勻性較差、沒有規則形狀，制備周期長，由于該方法在還原熱處理過程中引入了大量有機醇和烴類液體，導致最后產品純度不高，且反應完成后的廢液無法再回收利用，對環境危害性大。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供ー種，其能夠克服上述方法的某種或某些缺點。根據本專利技術的包括:提供金屬基底作為陰極并提供紫銅片作為陽極；配制電鍍液，所述電鍍液中Cu2+含量為0.02 0.lOmol/L、有機弱酸含量為0.2 0.4mol/L、表面活性劑含量為電鍍液總質量的1% 4%，電鍍液pH值為5.0 7.5 ;以及利用所述電鍍液、所述陰極和所述陽極，采用電沉積法在所述金屬基底上制備納米銅立方體顆粒。金屬基底可以為紫銅片、銅鋅合金片或鈦片。金屬基底在作為陰 極之前和/或所述紫銅片在作為陽極之前優選經過相應的前處理。所述前處理可以依次包括打磨、去離子水洗、堿洗、去離子水洗、酸洗和去離子水洗。堿洗條件優選為:洗滌溶液0.5 lmol/L Na2CO3 ;浸泡時間5 IOmin ;以及溶液溫度范圍10 35°C。酸洗條件優選為:洗滌溶液0.5 lmol/L HCl ;浸泡時間5 IOmin ;溶液溫度范圍10 35°C。在電沉積過程中優選不對電鍍液采取任何攪拌措施。本專利技術的方法還可以包括對納米銅立方體顆粒進行后處理，即用去離子水對其清洗3 5次，然后用空氣吹干保存。表面活性劑優選為十二烷基硫酸鈉、PEG (分子量8000)、PEG (分子量10000)或PEG (分子量 20000)。有機弱酸優選為乳酸、醋酸或酒石酸。電鍍液中的Cu2+可以由CuCl2、CuSO4或Cu(CH3COO)2提供。電沉積條件優選為:電沉積時間15min 180min ；電流密度1.5mA/cm2 5.0mA/cm2、鍍液溫度40 60°C。本專利技術的納米銅顆粒制備方法與現有的エ藝相比，具有以下優點:(1)采用電化學方法制備納米銅顆粒，克服了液相還原法制備過程復雜、溶膠凝膠法條件苛刻及其他方法的過程復雜、成本高、反應時間長等不足；(2)該方法不需要惰性氣體的保護，對原料及設備的要求低，制備時間短，適宜大規模生產；(3)該方法制備的納米銅立方體性能良好、顆粒大小均勻、分散性好、在空氣中放置半個月氧化現象仍不明顯；(4)制備過程中沒有廢棄物的產生，鍍液可反復循環利用，復合“綠色生產”的要求。附圖說明圖1 (a)和圖1 (b)為實施例一生成的納米銅立方體SEM圖；以及圖2為實施例一生成的納米銅立方體XRD圖。具體實施例方式實施例一依次用400#、600#、800#、1000#的砂紙對尺寸為I X 2cm2的陰極紫銅片進行打磨后用去離子水將表面沖洗干凈，在0.75mol/LNa2C03溶液(20°C )中浸泡7min后用去離子水沖洗、隨后在0.75mol/L HCl溶液(20°C )中浸泡7min、用去離子水沖洗后吹干。將上述前處理完后的陰極紫銅片放置在電鍍液中，在其上電沉積制備納米銅立方體顆粒。電鍍液組成為=CuSO4 5H20含量0.02mol/L、乳酸含量0.2mol/L、十二烷基硫酸鈉質量分數1% ；pH值5.0 (添加3mol/L的NaOH溶液進行調節)。陰極紫銅片與陽極紫銅片(在本專利技術中陽極總是使用紫銅片)之間的距離保持在1.5cm,電流密度為5.0mA/cm2,電沉積時間為120min，鍍液溫度為60°C，電沉積過程中不加入攪拌。最后，再對所得納米銅立方體(顆粒)進行后處理:即在去離子水中清洗3 5次，然后用空氣吹干保存。所得納米銅立方體邊長尺寸750 ±80nm。實施例ニ陰極基底為紫銅片，堿洗液濃度為0.5mol/L(25°C )、酸洗液濃度為0.5mol/L(25°C )、浸泡時間均為IOmin0鍍液組成為:Cu(CH3COO)2含量為0.04mol/L、醋酸含量0.25mol/L、PEG8000質量分數2.5% ；pH值5.0 (添加4mol/L的NaOH溶液進行調節)。電流密度為4.0mA/cm2、電沉積時間為90min，鍍液溫度為50°C。其余條件及步驟與實施例一保持一致。所得納米銅立方體邊長尺寸680 ±65nm。實施例三陰極基底為銅鋅合金片，堿洗液濃度為lmol/L(35°C )、酸洗液濃度為Imol/L(35°C )、浸泡時間均為6min。鍍液組成為=CuSO4 5H20含量為0.06mol/L、乳酸含量0.40mol/L、PEG10000質量分數3% ；pH值5.5 (添加3mol/L的NaOH溶液進行調節)。電流密度為3.0mA/cm2、電沉積時間為60min，鍍液溫度為60°C。其余條件及步驟與實施例一保 持一致。所得本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種納米銅立方體顆粒的制備方法，包括：提供金屬基底作為陰極并提供紫銅片作為陽極；配制電鍍液，所述電鍍液中Cu2+含量為0.02～0.10mol/L、有機弱酸含量為0.2～0.4mol/L、表面活性劑含量為電鍍液總質量的1%～4%，電鍍液pH值為5.0～7.5；以及利用所述電鍍液、所述陰極和所述陽極，采用電沉積法在所述金屬基底上制備納米銅立方體顆粒。

【技術特征摘要】
1.一種納米銅立方體顆粒的制備方法，包括: 提供金屬基底作為陰極并提供紫銅片作為陽極； 配制電鍍液，所述電鍍液中Cu2+含量為0.02 0.lOmol/L、有機弱酸含量為0.2 .0.4mol/L、表面活性劑含量為電鍍液總質量的1% 4%，電鍍液pH值為5.0 7.5 ;以及 利用所述電鍍液、所述陰極和所述陽極，采用電沉積法在所述金屬基底上制備納米銅立方體顆粒。2.權利要求1的方法，其中所述金屬基底為紫銅片、銅鋅合金片或鈦片。3.權利要求1的方法， 其中所述金屬基底在作為陰極之前和/或所述紫銅片在作為陽極之前經過相應的前處理。4.權利要求3的方法，其中所述前處理依次包括打磨、去離子水洗、堿洗、去離子水洗、酸洗和去離子水洗。5.權利要求4的方法，其中堿洗條件為:洗滌溶液0.5 ImoVLNa2CO3 ...

【專利技術屬性】
技術研發人員：黎學明，羅彬彬，李先麗，李曉林，李武林，
申請(專利權)人：重慶大學，
類型：發明
國別省市：