CN105921761A - 一种六方氮化硼包裹钴镍合金材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种六方氮化硼包裹钴镍合金材料的制备方法。将一定摩尔比例六方氮化硼的前驱体和钴镍合金化合物前驱体混合研磨，在氮气氛围下高温焙烧制备六方氮化硼包裹纳米钴镍颗粒。本发明原料便宜易得，成本低，制备方法操作简单，避免了电弧法制备等方法涉及的高压及强氧化剂；生产产率高缺陷少，且六方氮化硼包裹钴镍合金纳米颗粒具有高的导热性能、高温抗氧化性能、良好的软磁性能及绝缘性能。

Description

一种六方氮化硼包裹钴镍合金材料的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及电子元件散热技术领域，特别是一种高导热率、高机械强度、高温抗氧化性的无机复合金属纳米颗粒填隙材料。更具体的涉及一种制备少层六方氮化硼包裹钴镍合金颗粒的方法，一种基于钴镍合金化合物前驱体的制备，焙烧六方氮化硼前驱体混合物进而得到少层六方氮化硼包裹钴镍颗合金颗粒的方法。
背景技术
随着工业生产和科学技术的发展，人们对材料不断提出新的要求。在电子电器领域，由于集成技术和组装技术的迅速发展，电子元件、逻辑电路向轻、薄、小的方向发展，发热量也随之增加，从而需要高导热的绝缘材料，有效地去除电子设备产生的热量，这关系到电子类产品的使用寿命和质量的可靠性。导热硅胶垫片广泛作为填隙材料用于电子产品中，但是现有的导热片材料非常软，在应用于主板背面有针脚的工况时会有被刺穿而产生短路的风险。本专利的目的在于克现有技术的缺点，提供一种具有良好的抗撕裂、抗高温氧化、抗刺穿性能和高导热率、高机械强度的填隙材料。
六方氮化硼是一种具有类似石墨烯层状结构的物质，它是一种宽禁带半导体（3.5~5.9eV)，具有良好的电绝缘性，导热性，化学稳定性等性能。在增强陶瓷、耐高温机械器件制备、电子填隙材料等方面具有广泛的工业应用。少层六方氮化硼纳米片（厚度约为~10 nm）因为具有不同的微观形貌而导致其独特的特性，除了上述所具有的性能外，还具有其他的特别性能，如，高导电子率、优良的紫外发光性能、良好的机械性能等，尤其是其在电子导热胶填料、催化剂载体、超疏水涂层、膜电极材料、特殊电子器件等方面具有广泛的潜在应用。
六方氮化硼包裹的纳米金属颗粒作为一种新型的纳米氮化硼与纳米金属颗粒的复合材料，引起了广大学者和企业的关注。例如，纳米金属颗粒在作为导热胶填隙材料时，容易与空气接触，从而导致纳米金属颗粒氧化和腐蚀；以化学性质稳定的六方氮化硼作为包裹材料，对金属颗粒纳米材料具有保护作用，可以避免环境因素的影响，同时将纳米金属颗粒限域在很小的空间内，既保持了金属颗粒的特性，又实现了纳米金属粒径的可控制备，因而有助于克服现有电子导热填隙材料的不足而成为性能优越的纳米导热材料。因此本发明研发出了一种六方氮化硼包裹磁纳米粒子的制备方法，使磁金属颗粒难于被氧化、抗氧化性大大提高、使其应用更加广泛。
发明内容
本发明的目的在于克服目前电弧法等制备方法存在的不足，提供一种成本低、工艺简单、易于工业生产的少层六方氮化硼包裹钴镍合金的化学合成方法，同时有效地提高六方氮化硼包裹纳米钴镍颗粒的制备产率和质量。
本发明涉及一种少层六方氮化硼包裹钴镍合金颗粒的方法，包括如下步骤：
（1）将六方氮化硼前驱体和纳米钴镍合金前驱体按一定比例混合研磨均匀；
（2）将步骤（1）所得的混合物放入管式炉中，在一定的升温速率下达到煅烧温度并且保持一段时间；然后分别用乙醇和水清洗所得产物，最后放入干燥箱中干燥得到最终产品。
步骤（1）中，所述的六方氮化硼前驱体为硼酸铵，硼氢化钠，硼氢化钾，氨硼烷，硼粉或硼酸中的一种。
步骤（1）中，所述的纳米钴镍合金前驱体为纳米钴颗粒前驱体和纳米镍颗粒前驱体的混合物，或钴镍合金配合物；其中，所述的纳米钴颗粒前驱体为六水硝酸钴，氯化钴，醋酸钴，氮化钴，氯化六氨合钴或钴粉中的一种, 所述的纳米镍颗粒前驱体为六水硝酸镍，氯化镍，醋酸镍，氮化镍，氯化六氨合镍或镍粉中的一种。
步骤（1）中，所述的六方氮化硼前驱体和纳米钴镍合金前驱体物质的量之比为1:1~1:6；其中，纳米钴镍合金前驱体中，钴镍的物质的量比为1:1。
步骤（2）中，所述的升温速率是1℃/min~10℃/min。
步骤（2）中，所述的煅烧温度是700℃~1200℃，煅烧时间为1~5 h。
与现有的技术相比，本发明具有以下特点：
1）本发明开发了一种化学合成法制备少层六方氮化硼包裹钴镍合金的新工艺路线，该工艺制备成本低，操作容易控制，可以实现工业化生产，产率在40%以上。
2）本发明所制备的少层六方氮化硼纳米层的厚度为~10 nm，钴镍合金颗粒直径为~50 nm。其纯度高，缺陷少，几乎不含有杂质，能很好的分散在水、乙醇、异丙醇、N,N-二甲基酰胺等溶剂中。
3）本发明所制备的少层六方氮化硼包裹钴镍合金颗粒复合材料，具有较好良好的抗撕裂、抗高温氧化、抗刺穿性能和高导热率、高机械强度及绝缘性能。
附图说明
图1是实施例（1）制备的少层六方氮化硼包裹钴镍合金颗粒的FTIR谱图。
图2是实施例（2）制备的少层六方氮化硼包裹钴镍合金颗粒的XRD谱图。
图3是实施例（3）制备的少层六方氮化硼包裹钴镍合金颗粒的SEM照片。
图4是实施例（4）制备的少层六方氮化硼包裹钴镍合金颗粒的TEM照片。
图5是实施例（4）制备的少层六方氮化硼包裹钴镍合金颗粒的导热片。
图6是实施例（4）制备的少层六方氮化硼包裹钴镍合金颗粒的磁力回归曲线。
图7是实施例（5）制备的少层六方氮化硼包裹钴镍合金颗粒的差热图。
具体的设施方式
下面通过具体实施例和附图对本发明进一步说明。
实施例1：
分别称取1 g硼酸铵和2 g六水硝酸钴与六水硝酸镍混合物，室温混合研磨20分钟。放入管式炉中煅烧，在升温速率5℃/min下升到700℃, 在700℃下保持5h。将煅烧后所得产品分别用乙醇和水清洗三遍，然后放入干燥箱中干燥得到少层六方氮化硼包裹纳米镍颗粒产品。
图1是本实施事例制备少层六方氮化硼包裹纳米镍颗粒的FTIR谱图；从FTIR谱图中看出产品的氮化硼红外特征峰，证明氮化硼制备成功。
实施例2：
分别称取1 g硼氢化钠和3g醋酸钴与醋酸镍，室温混合研磨10分钟。放入管式炉中煅烧，在升温速率10℃/min下升到1200℃, 在1200℃下保持1h。将煅烧后所得产品分别用乙醇和水清洗，然后放入干燥箱中干燥得到少层六方氮化硼包裹钴镍颗粒产品。
图2是本实施事例制备的六方氮化硼包裹钴镍金属颗粒的XRD谱图；从XRD谱图中看出产品的氮化硼和金属钴镍的特征峰，证明氮化硼包裹钴镍金属颗粒制备成功。
实施例3：
分别称取1 g硼氢化钾和1.2g氯化钴与氯化镍，室温混合研磨10分钟。放入管式炉中煅烧，在升温速率5℃/min下升到900℃, 在900℃下保持5h。将煅烧后所得产品分别用乙醇和水清洗，然后放入干燥箱中干燥得到少层六方氮化硼包裹纳米钴镍颗粒产品。
图3是本实施事例制备的六方氮化硼包裹钴镍金属颗粒的SEM照片；从SEM图中看出六方氮化硼完整包裹金属钴镍颗，六方氮化硼层数在~10 nm, 纳米镍颗粒直径在~50 nm，证明氮化硼包裹钴镍金属颗粒制备成功。
实施例4：
分别称取1 g硼氢化钾和1.2g氯化六氨合钴镍，室温混合研磨10分钟。放入管式炉中煅烧，在升温速率5℃/min下升到900℃, 在900℃下保持2h。将煅烧后所得产品分别用乙醇和水清洗三遍，然后放入干燥箱中干燥得到少层六方氮化硼包裹纳米镍颗粒产品。
图4是本实施事例制备的六方氮化硼包裹钴镍金属颗粒的TEM照片；从TEM图中看出六方氮化硼完整包裹金属钴镍颗粒，六方氮化硼层数在5~10 nm, 纳米镍颗粒直径在~50 nm，证明氮化硼包裹钴镍金属颗粒制备成功。
图5是本实施事例制备的少层六方氮化硼包裹钴镍合金颗粒的导热片；图5所示制备成的导热片导热率是215.5W/(m·K)。
图6是本实施事例制备的少层六方氮化硼包裹钴镍合金颗粒的磁力回归曲线；图6所示磁性测试所得显示良好的软磁性。
实施例5：
分别称取1 g氨硼烷和2 g氯化钴与氯化镍混合物，室温混合研磨10分钟。放入管式炉中煅烧，在升温速率5℃/min下升到1000℃, 在1000℃下保持4h。将煅烧后所得产品分别用乙醇和水清洗，然后放入干燥箱中干燥得到少层六方氮化硼包裹钴镍颗粒产品。
图7是本实施事例制备的少层六方氮化硼包裹钴镍合金颗粒的差热图；由差热图所示样品在450℃左右才开始氧化金属，证明其具有良好的高温抗氧化性能。

Claims (6)

1.一种六方氮化硼包裹钴镍合金材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）将六方氮化硼前驱体和纳米钴镍合金前驱体按一定比例混合研磨均匀；
（2）将步骤（1）所得的混合物放入管式炉中，在一定的升温速率下达到煅烧温度并且保持一段时间；然后分别用乙醇和水清洗所得产物，最后放入干燥箱中干燥得到最终产品。
2.根据权利要求1所述的一种六方氮化硼包裹钴镍合金材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的六方氮化硼前驱体为硼酸铵，硼氢化钠，硼氢化钾，氨硼烷，硼粉或硼酸中的一种。
3.根据权利要求1所述的一种六方氮化硼包裹钴镍合金材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的纳米钴镍合金前驱体为纳米钴颗粒前驱体和纳米镍颗粒前驱体的混合物，或钴镍合金配合物；其中，所述的纳米钴颗粒前驱体为六水硝酸钴，氯化钴，醋酸钴，氮化钴，氯化六氨合钴或钴粉中的一种；所述的纳米镍颗粒前驱体为六水硝酸镍，氯化镍，醋酸镍，氮化镍，氯化六氨合镍或镍粉中的一种。
4.根据权利要求1所述的一种六方氮化硼包裹钴镍合金材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述的六方氮化硼前驱体和纳米钴镍合金前驱体物质的量之比为1:1~1:6；其中，所述纳米钴镍合金前驱体中，钴镍的物质的量比为1:1。
5.根据权利要求1所述的一种六方氮化硼包裹钴镍合金材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的一定的升温速率是1℃/min~10℃/min。
6.根据权利要求1所述的一种六方氮化硼包裹钴镍合金材料的制备方法，其特征在于，步骤（2）中，所述的煅烧温度是700℃~1200℃，煅烧时间为1~5 h。
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