CN100531973C - 立方体形铜颗粒的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于金属光电功能材料的制备和应用技术领域，特别是涉及立方体形铜颗粒的制备方法。采用液相还原法制备，通过还原剂还原铜盐，制得的铜颗粒具有立方体形貌。本发明的方法能耗低，产品纯度高，均匀且分散性好，颗粒尺寸可通过铜盐和还原剂的浓度及反应温度等实验条件来控制。

Description

立方体形铜颗粒的制备方法

发明领域

本发明属于金属光电功能材料的制备和应用技术领域，特别是涉及立方体形铜颗粒的制备方法。

背景技术

金属颗粒的形貌控制是近年来纳米材料科学领域引人注目的研究方向。纳米材料的形貌对纳米材料的物理和化学性质，包括光学，电学，磁学以及催化等性能有重大影响。例如，对不同形貌的银纳米颗粒的研究表明，三角形、五边形和球形的颗粒在光学显微镜下分别显示出红色、绿色和蓝色[Mock，J.J.；Barbic，M.；Smith，D.R.；Schultz，D.A.；Schultz，S.J.Chem.Phys.2002，116，6755]。金属棒状颗粒的长径比直接影响着材料的光学各向异性。此外，镍、钴纳米棒的磁性受到形貌的影响[Maillard，M.；Giorgio，S.；Pileni，M.P.J.Phys.Chem.B.2003，107，2466]。

铜是一种重要的金属材料，金属中的导电性仅次于银，但其价格比银低得多，因而广泛用于电子工业。此外，还可广泛应用于催化、冶金、涂料、树脂、润滑油和热传导等方面。近年来，人们对铜材料的形貌控制进行了研究，已经制备出球形、短棒状等多种形貌的铜纳米材料。但立方体形的铜材料的制备还未见报道。

在我们的制备方法中，通过控制反应条件，可以合成具有均匀尺寸的立方体形铜颗粒。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备立方体形铜颗粒的方法。采用本方法工艺简单，操作方便，生产成本低。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

采用液相还原法制备，通过还原剂还原铜盐，制得的铜颗粒为立方体形。

具体方法的步骤如下：

(1).分别配制铜盐和还原剂水溶液，其中溶液中铜盐的浓度为2×10^-6～1×10^-2摩/升，优选为2×10^-5～5×10^-3摩/升；还原剂的浓度为5×10^-4～1摩/升，优选为3×10^-3～0.5摩/升。

(2).将步骤(1)配制的铜盐和还原剂水溶液混合，使混合后溶液中的铜盐浓度为1×10^-6～5×10^-3摩/升，优选为1×10^-5～1×10^-3摩/升；还原剂的浓度为2×10^-5～0.1摩/升，优选为5×10^-4～1×10^-2摩/升。在20～70℃下搅拌0.5～3小时，得到黄色悬浮液。离心分离，得到立方体形铜颗粒，颗粒边长在80～300nm，为黄色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到铜功能材料。

所述的铜盐包括硝酸铜、氯化铜、硫酸铜、碱式碳酸铜或酒石酸铜。

所述的还原剂包括有机胺、羟胺、多羟基化合物、水合肼、硼氢化钠、次亚磷酸钠、甲醛或它们任意两种或两种以上的混合物。

所述的有机胺是甲酰胺、对苯二胺、4-氨基—N—乙基—N—(β—甲基磺酰胺乙基)间甲苯胺单水硫酸盐、三乙醇胺或它们的混合物等；羟胺是盐酸羟胺等；多羟基化合物是异丙醇、乙二醇或它们的混合物等。

本发明制备出的产品用途广泛，是重要的电子工业材料。还可广泛应用于催化、冶金、涂料、树脂、润滑油和热传导等领域。

采用本发明的方法得到的铜颗粒为立方体形，如附图1所示。

本发明的方法能耗低，产品纯度高，均匀且分散性好，颗粒形貌可通过铜盐和还原剂的浓度及反应温度等实验条件来控制。

本发明的实施原理是，还原剂与铜盐反应，首先形成极微小的一次颗粒，然后再通过一次颗粒聚集生长，从而得到最终产物。当体系中反应物浓度较低时，溶液中离子的吸附在聚集生长过程中起重要作用。由于铜离子在一次颗粒不同晶面的吸附量不同，使得各个晶面的生长速率不同，因此得到不同形貌的最终产物。在本发明的实验条件下，由于铜离子的吸附，颗粒在(111)晶面的生长速率大于(100)晶面，最终颗粒只保留6个生长较慢的(100)晶面，从而形成立方体结构。通过这种方法控制颗粒形貌，简单易行，便于操作。

该方法与过去的制备方法显著不同的是，在本发明中，通过实验条件的简单控制，可以制得立方体形的铜颗粒。

附图说明

图1.本发明的实施例1的立方体形铜颗粒材料电镜照片。

具体实施方式

实施例1

(1).分别配制氯化铜和盐酸羟胺水溶液，其中溶液中氯化铜的浓度为1.5×10^-3摩/升；还原剂的浓度为7.1×10^-3摩/升。

(2).分别将步骤(1)中配制的氯化铜和盐酸羟胺水溶液混合，使混合后溶液中的氯化铜浓度为2.1×10^-4摩/升；盐酸羟胺的浓度为5.3×10^-3摩/升。在35℃下搅拌1小时，得到黄色悬浮液。离心分离，得到立方体形铜颗粒，颗粒边长在145nm，为黄色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到铜功能材料。见附图1。

实施例2

(1).分别配制硝酸铜和对苯二胺水溶液，其中溶液中硝酸铜的浓度为6.2×10^-5摩/升；对苯二胺的浓度为7.7×10^-3摩/升。

(2).分别将步骤(1)中配制的硝酸铜和对苯二胺水溶液混合，使混合后溶液中的硝酸铜浓度为2.3×10^-5摩/升；对苯二胺的浓度为5×10^-4摩/升。在20℃下搅拌2小时，得到黄色悬浮液。离心分离，得到立方体形铜颗粒，颗粒边长在265nm，为黄色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到铜功能材料。

实施例3

(1).分别配制硫酸铜和水合肼水溶液，其中溶液中硫酸铜的浓度为2×10^-3摩/升；水合肼的浓度为6×10^-2摩/升。

(2).分别将步骤(1)中配制的硫酸铜和水合肼水溶液混合，使混合后溶液中的硫酸铜浓度为3.5×10^-4摩/升；水合肼的浓度为8×10^-3摩/升。在45℃下搅拌0.5小时，得到黄色悬浮液。离心分离，得到立方体形铜颗粒，颗粒边长在180nm，为黄色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到铜功能材料。

实施例4

(1).分别配制碱式碳酸铜和甲醛水溶液，其中溶液中碱式碳酸铜的浓度为7.5×10^-4摩/升；甲醛的浓度为8×10^-3摩/升。

(2).分别将步骤(1)中配制的碱式碳酸铜和甲醛水溶液混合，使混合后溶液中的碱式碳酸铜浓度为8×10^-5摩/升；甲醛的浓度为2.5×10^-3摩/升。在60℃下搅拌1.5小时，得到黄色悬浮液。离心分离，得到立方体形铜颗粒，颗粒边长在110nm，为黄色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到铜功能材料。

实施例5

(1).分别配制氯化铜和硼氢化钠水溶液，其中溶液中氯化铜的浓度为5×10^-3摩/升；硼氢化钠的浓度为0.5摩/升。

(2).分别将步骤(1)中配制的氯化铜和硼氢化钠水溶液混合，使混合后溶液中的氯化铜浓度为8×10^-4摩/升；硼氢化钠的浓度为1×10^-2摩/升。在70℃下搅拌2.5小时，得到黄色悬浮液。离心分离，得到立方体形铜颗粒，颗粒边长在240nm，为黄色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到铜功能材料。

实施例6

(1).分别配制酒石酸铜、盐酸羟胺和水合肼水溶液，其中溶液中酒石酸铜的浓度为3×10^-4摩/升；盐酸羟胺的浓度为2.4×10^-3摩/升；水合肼的浓度为3.6×10^-3摩/升。

(2).分别将步骤(1)中配制的酒石酸铜、盐酸羟胺和水合肼水溶液混合，使混合后溶液中的酒石酸铜浓度为6×10^-5摩/升；盐酸羟胺的浓度为5.2×10^-4摩/升；水合肼的浓度为6.8×10^-4摩/升。在55℃下搅拌3小时，得到黄色悬浮液。离心分离，得到立方体形铜颗粒，颗粒边长在130nm，为黄色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到铜功能材料。

Claims (8)

1.一种立方体形铜颗粒的制备方法，其特征是：该方法的步骤包括：

(1).分别配制浓度为2×10^-6～1×10^-2摩/升铜盐水溶液和浓度为5×10^-4～1摩/升还原剂水溶液；

(2).将步骤(1)配制的铜盐和还原剂水溶液混合，使混合后溶液中的铜盐浓度为1×10^-6～5×10^-3摩/升，还原剂的浓度为2×10^-5～0.1摩/升；搅拌，得到黄色悬浮液；离心分离，得到立方体形铜颗粒。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述的立方体形铜颗粒的边长为80～300nm。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述的铜盐的浓度为2×10^-5～5×10^-3摩/升，还原剂的浓度为3×10^-3～0.5摩/升。

4.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述的步骤(2)溶液中铜盐的浓度为1×10^-5～1×10^-3摩/升，还原剂的浓度为5×10^-4～1×10^-2摩/升。

5.如权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征是：所述的铜盐选自硝酸铜、氯化铜、硫酸铜、碱式碳酸铜或酒石酸铜。

6.如权利要求1、2、3或4所述的方法，其特征是：所述的还原剂选自有机胺、羟胺、多羟基化合物、水合肼、硼氢化钠、次亚磷酸钠、甲醛或它们任意两种或两种以上的混合物。

7.如权利要求6所述的方法，其特征是：所述的有机胺是甲酰胺、对苯二胺、4-氨基—N—乙基—N—(β—甲基磺酰胺乙基)间甲苯胺单水硫酸盐、三乙醇胺或它们的混合物；羟胺是盐酸羟胺；多羟基化合物是异丙醇、乙二醇或它们的混合物。

8.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述的步骤(2)搅拌时的温度是20～70℃。

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