CN102114545B - 一种铜纳米颗粒的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铜纳米颗粒的制备方法，以低分子醇为溶剂分别配制浓度为0.1～0.9g/L的硝酸铜澄清溶液、浓度为2～8g/L乙醇胺澄清溶液和浓度为3～9g/L的聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液，再将三种溶液组成反应液在60～80°C下反应至稳定的古铜色，经冷却、蒸发和干燥得到铜纳米颗粒；该方法反应温度较低，低于70°C也能正常反应，生产成本就较低，设备简单，生产也方便，同时得到的铜纳米颗粒平均粒径不大于10nm，铜纳米颗粒较均匀，为单分散颗粒，无粘结，因此材料性能更好。
Description
技术领域
本发明涉及纳米颗粒的制备方法，具体涉及一种铜纳米颗粒的制备方法。
背景技术
由于纳米铜粉(小于100 nm)具有尺寸小、比表面积大、电阻小及量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特点，因此其拥有与常规材料不同的一些新特性，这些特性决定了纳米铜粉的应用范围非常广泛。例如，纳米铜粉可以作为催化剂直接应用于化工行业(如乙炔聚合)，纳米铜粉也可以作为电磁屏蔽涂料，可以用作高级润滑剂，可用作电子浆料，在化纤制造过程中掺入铜等纳米金属粒子可制成导电纤维，在光学玻璃中掺杂Cu纳米颗粒可制备非线性光学材料，同时纳米Cu粉是高导电率、高强度纳米铜材不可缺少的基础原料。迄今为止铜纳米颗粒常用的制备方法有：气相蒸发法、等离子体法、机械化学法、γ射线辐照—水热结晶联合法、晶核生长法、界面生长法、超声电解法、微乳液法、扫描喷射电沉积法、封闭循环氢还原法、化学还原法等等。化学还原法具有设备简单、工艺流程短、产量大、易工业化生产优点，而且在制备过程中通过添加表面活性剂可以对铜纳米颗粒起到修饰保护的作用，得到广泛应用。如公开号为CN101104205A，名称为制造铜纳米颗粒的方法及由该方法制造的铜纳米颗粒的发明专利申请，就公开了以分散剂和还原剂共溶于极性溶剂为第一溶液，以铜盐溶于极性溶剂为第二溶液，将第二溶液一次性热注入第一溶液中，得到20～50 nm的铜纳米颗粒，其分散剂包括PVP（聚乙烯吡咯烷酮）、CTAB（溴化十六烷基三甲基铵）、SDS（十二烷基硫酸钠）和NA-CMC的至少一种，还原剂为二氢磷酸钠、肼、氢氯化物和硼氢化钠的至少一种，极性溶剂为乙二醇、二甘醇、三甘醇和聚乙二醇的至少一种，铜盐与分散剂的摩尔比为1：1～20，分散剂小于1摩尔就难以制到大小均匀的颗粒，大于20摩尔分散剂就粘结，难以均匀反应；铜盐与还原剂的摩尔比为1：2～6，还原剂少于2摩尔铜离子就不能完全反应，大于6摩尔还原剂就浪费；反应温度为70～120℃，低于70℃不能正常反应，高于120℃反应液稳定性下降，颗粒不均匀。该方法分散剂用量较大，反应温度较高，得到的铜纳米颗粒较大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种生产方便，生产成本低，反应温度较低，铜纳米颗粒较均匀，单分散，铜纳米颗粒平均粒径不大于10 nm的铜纳米颗粒的制备方法。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种铜纳米颗粒的制备方法，包括下述步骤：
1）将硝酸铜溶于无水的乙醇或甲醇或丙醇中，不断搅拌使硝酸铜完全溶解，得到浓度为0.1～0.9g/L的硝酸铜澄清溶液待用；
2）将乙醇胺溶于无水的乙醇或甲醇或丙醇中，搅拌至乙醇胺完全溶解，得到浓度为2～8g/L乙醇胺澄清溶液待用；
3）将聚乙烯吡咯烷酮（PVP）粉末溶于无水的乙醇或甲醇或丙醇中，搅拌至聚乙烯吡咯烷酮完全溶解，得到浓度为3～9g/L的聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液待用；
4）将上述硝酸铜澄清溶液、乙醇胺澄清溶液和聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液按体积比3～5：1：1均匀混合为反应液，用水浴或油浴加热并不停地搅拌、回流，在反应液温度为60～80°C下，反应至反应液颜色变成稳定的古铜色，停止加热，搅拌下自然冷却至室温，得到铜纳米颗粒胶体溶液；
5）先用减压蒸发法除去上述铜纳米颗粒胶体溶液中的乙醇或甲醇或丙醇，再真空干燥得至铜纳米颗粒的粉体，该铜纳米颗粒的粒径不大于10 nm。在本方案中，采用低分子醇是由于低分子量的醇具有较大的极性，尤其是乙醇还是无毒的；而乙醇胺不但与低分子醇很好混溶，也可以与PVP很好混溶，使反应能力提高，反应温度下降，而且在反应中有利于得到较均匀、单分散的铜纳米颗粒。
所述硝酸铜澄清溶液浓度为0.2～0.5g/L，所述乙醇胺澄清溶液浓度为4g/L，所述聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液浓度为4g/L，所述硝酸铜澄清溶液、所述乙醇胺澄清溶液和所述聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液的体积比为4：1：1，所述反应液温度为66°C。该方案制得的颗粒平均粒径更小，不大于5 nm。
所述硝酸铜澄清溶液浓度为0. 25g/L。
与现有技术相比，本发明的优点在于一种铜纳米颗粒的制备方法，以低分子醇为溶剂分别配制浓度为0.1～0.9 g/L的硝酸铜澄清溶液、浓度为2～8g/L乙醇胺澄清溶液和浓度为3～9g/L的聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液，再将三种溶液组成反应液在60～80°C下反应至稳定的古铜色，经冷却、蒸发和干燥得到铜纳米颗粒；该方法反应温度较低，低于70°C也能正常反应，生产成本就较低，设备简单，生产也方便，同时得到的铜纳米颗粒平均粒径不大于10 nm，铜纳米颗粒较均匀，为单分散颗粒，无粘结，因此材料性能更好。因此本发明是一种生产方便，生产成本低，反应温度较低，铜纳米颗粒较均匀，单分散，铜纳米颗粒平均粒径不大于10 nm的铜纳米颗粒的制备方法。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例1
一种铜纳米颗粒的制备方法，称取2g硝酸铜溶于8L无水乙醇中，不断搅拌使硝酸铜完全溶解，得到浓度为0.25g/L的硝酸铜澄清溶液；同样称取8g乙醇胺溶于2L无水乙醇中，搅拌至乙醇胺完全溶解，得到浓度为4 g/L乙醇胺澄清溶液；称取8g PVP溶于2L无水乙醇中，搅拌至PVP完全溶解，得到浓度为4g/L的PVP澄清溶液；将该三种澄清溶液均匀混合为反应液，用水浴或油浴加热并不停地搅拌、回流，在反应液温度66°C恒温下，反应至反应液颜色变成稳定的古铜色，停止加热，搅拌下自然冷却至室温，得到铜纳米颗粒胶体溶液，然后用减压蒸发法除去乙醇溶剂，再真空干燥得至铜纳米颗粒的粉体，经TEM测定（常规方法，在此不作叙述），该铜纳米颗粒大小较均匀，未发现粘结的颗粒，为单分散颗粒，平均粒径为3～4 nm。
实施例2
一种铜纳米颗粒的制备方法，与实施例1基本相同，所不同的只是1g硝酸铜溶于6L无水甲醇中，4g乙醇胺溶于2L无水甲醇中，6g PVP溶于2L无水甲醇中，反应液温度60°C下恒温反应。得到的铜纳米颗粒的平均粒径约为5nm。
上述2个实施例中，由于乙醇胺的存在，既与低分子醇很好混溶，又与PVP很好混溶，使反应能力提高，反应温度下降，低于70℃也能正常反应，得到较均匀，单分散的铜纳米颗粒。
实施例3
一种铜纳米颗粒的制备方法，与实施例1基本相同，所不同的只是9g硝酸铜溶于10L无水丙醇中，16g乙醇胺溶于2L无水丙醇中，18g PVP溶于2L无水丙醇中，反应液温度为78°C下恒温反应。得到的铜纳米颗粒的平均粒径约为6 nm；本实施例中温度也可以下降至70°C下恒温反应，同样可以得到较均匀，单分散的铜纳米颗粒。
Claims (1)
1.一种铜纳米颗粒的制备方法，其特征在于包括下述步骤：
1）将硝酸铜溶于无水的乙醇或甲醇或丙醇中，不断搅拌使硝酸铜完全溶解，得到浓度为0. 25g/L的硝酸铜澄清溶液待用；
2）将乙醇胺溶于无水的乙醇或甲醇或丙醇中，搅拌至乙醇胺完全溶解，得到浓度为4g/L乙醇胺澄清溶液待用；
3）将聚乙烯吡咯烷酮粉末溶于无水的乙醇或甲醇或丙醇中，搅拌至聚乙烯吡咯烷酮完全溶解，得到浓度为4g/L的聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液待用；
4）将上述硝酸铜澄清溶液、乙醇胺澄清溶液和聚乙烯吡咯烷酮澄清溶液按体积比4：1：1均匀混合为反应液，用水浴或油浴加热并不停地搅拌、回流，在反应液温度为66°C下，反应至反应液颜色变成稳定的古铜色，停止加热，搅拌下自然冷却至室温，得到铜纳米颗粒胶体溶液；
5）先用减压蒸发法除去上述铜纳米颗粒胶体溶液中的乙醇或甲醇或丙醇，再真空干燥得到铜纳米颗粒的粉体，该铜纳米颗粒的粒径不大于10 nm。
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