CN101607317A - 一种纳米铜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于纳米材料技术领域，具体为一种制备纳米铜的方法。其步骤是将铜盐和有机保护剂溶解于溶剂中，逐渐升温至30～100℃，同时将还原剂加入反应体系中，之后持续搅拌反应20～30分钟后，逐渐冷却；将冷却的溶液静置后离心，并用乙醇和丙酮反复洗涤，即可得到纯净的纳米铜。本方法工艺简单，反应条件温和，反应时间短；反应过程中同时采用两种保护剂防止纳米铜长大和被氧化；产品性能良好，纳米铜粒径小于20nm，且在空气中保持一个月不被氧化；制备成本低，没有有害废弃物产生，符合“绿色生产”的要求。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种纳米铜制备方法，尤其是涉及一种制备分散性好、抗氧化性强的纳米铜的制备方法。
背景技术
20世纪80年代以来，一项令世人瞩目的纳米科学技术迅速发展。纳米科技将在21世纪促使许多产业领域发生革命性的变化。纳米科技在材料、信息、能源、环境、生命、军事、制造等方面显示广泛的应用潜力，是21世纪高新技术发展的源头并将给人类生活带来巨大的变化，成为21世纪世界各国抢占高科技和全球经济制高点的重点战略领域。用纳米材料制成的用品具有很多奇特的性质，纳米材料也称为超微颗粒材料，由纳米粒子组成。纳米微粒由于其表面原子占有的比例大，表面键态和电子态不同，原子配位不全等，可以使表面活性增大，从而具有优异的催化性能。这为廉价的金属催化剂提供了可能。纳米金属微粒，如Ag、Cu等具有优异的杀菌性能。德国曾将CuS涂附于织物表面制成抗菌面料。纳米微粒的尺寸比一般生物体内的细胞红血球小得多，这就为生物学研究提供了一个新的途径。纳米铜具有超塑延层性，在室温下可以拉长50多倍而不出现裂纹。纳米铜晶体的在这种机械特性为制造通常温度下的弹性物质开辟了光明的前景，纳米微粒具有独特的电学性能众所周知铜是良导体，但纳米铜的导电性能很差。可以用纳米铜的这一特性制作绝缘浆料，介电材料，纳米微粒对环境变化敏感，可以制作高灵敏度的敏感材料。
目前，制备纳米铜粉的制备方法有很多，主要有化学还原法、电解法、机械研磨法、气相蒸气法、射线辅照-水热结晶联合法、等离子体法。中国专利200610104573.4中公开了一种稳定的纳米铜颗粒的制备方法，该方法将硝酸铜溶解于含有乙醇的水溶液中，在搅拌下加入十六烷基三甲基溴化铵，然后滴加硼氢化钠和氢氧化钠的混合水溶液；加入含硫化合物的乙醇溶液，10～30分钟后加三氯甲烷萃取；分出有机层，蒸出大部分三氯甲烷，加入乙醇，静置，离心得到产物，烘干，得到棕黑色固体为铜纳米粒子。但是，该方法添加含硫化合物，用氯仿萃取等操作引入了大量杂质，导致最后产品纯度不高。
发明内容
本发明针对背景技术中存在的问题，提出了一种原料易得，工艺设备简单，快速高效，纯度高，污染小的制备高稳定抗氧化纳米铜方法。
本发明提出的纳米铜制备方法，步骤如下：
A：将铜盐和有机保护剂溶解于溶剂中，逐渐升温至30～100℃，同时将还原剂加入反应体系中，之后持续搅拌反应20～30分钟后，逐渐冷却。
B：将冷却的溶液静置后离心，并用乙醇和丙酮反复洗涤，即可得到纯净的纳米铜。
本发明中所使用的铜盐为五水硫酸铜，醋酸铜，硝酸铜，油酸铜或者十二酸铜等含有12～18碳的有机铜的一种或者是几种；
本发明中所使用的还原剂为硼氢化物(包括硼氢化钾、硼氢化钠)，水合肼，次亚磷酸钠，维生素C中的一种或者几种；所采用的还原剂和铜盐的摩尔比为1∶1～3∶1；
本发明中所使用的保护剂可以是八烷酸～油酸等含有8～18个碳原子的烷烃酸和不饱和烷烃酸，十二烷基苯磺酸钠，十二烷基三甲基氯化铵，十六烷基三甲基溴化铵等小分子保护剂中的一种或几种，以及聚乙二醇，聚乙烯吡咯烷酮(PVP)，聚乙烯醇等高分子保护剂中的一种或几种；所采用的保护剂和铜盐的摩尔比为0.1∶1～10∶1；
本发明中所使用的溶剂可以是乙醇，乙二醇，丙三醇，一缩二乙二醇中的一种或几种；
本发明中所使用的溶剂的添加量为每0.01mol铜盐对应于80～120ml溶剂。
有益效果
1、本方法不需要氮气等惰性气体的保护，工艺简单，反应条件温和，反应时间短。
2、反应过程中同时采用两种保护剂，小分子的保护剂在反应初期快速的稳定新生成的纳米铜，随着反应的进行，大分子保护剂渐渐取代小分子保护剂，包裹在纳米铜周围，防止纳米铜长大和被氧化。
3、产品性能良好，纳米铜粒径小于20nm，且在空气中保持一个月不被氧化。
4、制备成本低，没有有害废弃物产生，符合“绿色生产”的要求。
附图说明
图1为实施例2生成的纳米铜TEM。
图2为纳米铜墨水XRD。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
实施例1：将0.01mol醋酸铜溶解在100ml乙醇中，加入5ml油酸和0.5g聚乙二醇2000，搅拌溶解，升温至50度。缓慢加入10ml水合肼溶液，剧烈搅拌，溶液逐渐变成深红色，表示纳米铜的生成，20分钟后停止加热。将冷却的溶液静置后离心，并用乙醇和丙酮反复洗涤三次以上，即得到纯净的纳米铜。
实施例2：将0.01mol五水硫酸铜溶解在100ml一缩二乙二醇中，加入0.5g十六烷基三甲基溴化铵与0.8g聚乙烯醇30万，升温至100度。将0.02mol次亚磷酸钠溶解在50ml一缩二乙二醇中，缓慢加入至上述溶液中剧烈搅拌，溶液变成紫红色，表示纳米铜生成，20分钟后停止加热。后续操作同实施例1。
实施例3：将0.01mol硝酸铜溶解100ml乙二醇中，加入0.6g十二烷基三甲基氯化铵和2g聚乙烯吡咯烷酮(K30)，升温至40度。将0.01mol硼氢化钠溶解在50ml乙二醇中，缓慢加入至上述溶液中剧烈搅拌，溶液变成黄褐色，表示纳米铜生产，20分钟后停止反应。后续操作同实施例1。
Claims (4)
1、一种纳米铜制备方法，其特征在于具体步骤如下：
A：将铜盐和有机保护剂溶解于溶剂中，逐渐升温至30～100℃，同时将还原剂加入反应体系中，之后持续搅拌反应20～30分钟后，逐渐冷却；
B：将冷却的溶液静置后离心，并用乙醇和丙酮反复洗涤，即可得到纯净的纳米铜；
其中，所使用的还原剂为硼氢化物、水合肼、次亚磷酸钠、维生素C中的一种或者几种，还原剂和铜盐的摩尔比为1∶1～3∶1；
所使用的保护剂是含有8～18个碳原子的烷烃酸和不饱和烷烃酸，十二烷基苯磺酸钠，十二烷基三甲基氯化铵，十六烷基三甲基溴化铵中的一种或几种，以及聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚乙烯醇中的一种或几种；保护剂和铜盐的摩尔比为0.1∶1～10∶1。
2、根据权利要求1所述的纳米铜制备方法，其特征在于本发明中所使用的铜盐为含有12～18碳的有机铜的一种或者是几种。
3、根据权利要求2所述的纳米铜制备方法，其特征在于所述的铜盐为五水硫酸铜，醋酸铜，硝酸铜，油酸铜或者月桂酸铜。
4、根据权利要求1所述的纳米铜制备方法，其特征在于所使用的溶剂是乙醇、乙二醇、丙三醇、一缩二乙二醇中的一种或几种；溶剂的添加量为：每0.01mol铜盐对应于80～120ml溶剂。
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