CN1861299A - 中空球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，特别是涉及中空球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，制得的铜颗粒为中空球形。本发明的方法能耗低，产品纯度高，均匀且分散性好，颗粒尺寸和壳层厚度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

中空球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，特别是涉及中空球形铜颗粒的制备方法。

背景技术

铜是一种重要的金属材料，可广泛应用于电子、催化、冶金、涂料、树脂、润滑油和热传导等方面。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。但中空球形铜材料的制备还鲜见报道。

中空材料的制备是近年来人们研究的热点，它有广泛的用途，包括作为各种物质的缓释胶囊(如药物、化妆品、染料和墨水)、人造细胞、颜料和轻质结构材料等。目前的中空材料的制备主要采用模板法。具体是先将要制备的中空材料的原料与模板混合，所用模板包括硬质模板(如二氧化硅)和软质模板(如聚苯乙烯)。在模板表面合成所需的材料，使材料复合在模板表面。最后通过烧熔或溶剂去除法除去模板，制得中空材料。这种制备方法具有普遍性，可以合成多种中空材料。但这种方法有它的局限性，主要是在去除模板的过程中，壳层很容易被破坏，从而很难得到完整的中空结构[Zhang，D.B.；Qi，L.M.；Ma，J.M.；Cheng，H.M.Advanced.Materials.2002，14，1499]。

在我们的制备方法中，通过控制反应条件，可以一步合成中空的铜颗粒，而不需要任何模板。这样就避免了去处模板时的破坏作用，从而得到较为完整的中空结构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种制备中空球形铜颗粒的方法。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，制得的铜颗粒为中空球形。

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^-4～1摩/升，优选为6×10^-4～0.1摩/升；还原剂的浓度为5×10^-3～50摩/升，优选为8×10^-3～10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5×10^-5～0.2摩/升，优选为1×10^-4～8×10^-2摩/升；还原剂的浓度为1×10^-3～20摩/升，优选为5×10^-3～5摩/升。在0～40℃下搅拌0.5～3小时，得到黄色悬浮液。离心分离，得到中空球形铜颗粒，粒径在80～300nm，壳层厚度10～50nm，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。

所述的还原剂包括硼氢化钠、硼氢化钾、水合肼、羟胺(如盐酸羟胺)、硫酸肼或它们任意两种或两种以上的混合物。

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、热传导、各种物质的缓释胶囊(如药物、化妆品、染料和墨水)和轻质结构材料等领域。

采用本发明的方法得到的铜颗粒为中空球形，如附图1和附图2所示。

本发明的方法能耗低，产品纯度高，均匀且分散性好，颗粒尺寸和壳层厚度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。

该方法与过去的制备方法显著不同的是，在本发明中，中空铜颗粒的制备不需要任何模板，只通过一步反应即可得到。制备方法简单易行，便于操作。

附图说明

图1.本发明的实施例1的中空球形铜颗粒材料电镜照片。

图2.本发明的实施例2的中空球形铜颗粒材料电镜照片。

具体实施方式

实施例1

(1).分别配制硫酸铜和硼氢化钠水溶液，其中溶液中硫酸铜的浓度为5×10^-3摩/升；硼氢化钠的浓度为8×10^-2摩/升。

(2).分别将步骤(1)中配制的硫酸铜和硼氢化钠水溶液混合，使混合后溶液中的硫酸铜浓度为7×10^-4摩/升；硼氢化钠的浓度为8×10^-3摩/升。在20℃下搅拌1小时，得到黄色悬浮液。离心分离，得到中空球形铜颗粒，粒径在180nm，壳层厚度40nm，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).分别配制氯化铜和盐酸羟胺水溶液，其中溶液中氯化铜的浓度为0.22摩/升；盐酸羟胺的浓度为0.5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1.2×10^-2摩/升；盐酸羟胺的浓度为0.5摩/升。在5℃下搅拌0.5小时，得到黄色悬浮液。离心分离，得到中空球形铜颗粒，粒径在145nm，壳层厚度25nm，为黄色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到铜功能材料。见附图2。

实施例3

(1).分别配制硝酸铜和硼氢化钾水溶液，其中溶液中硝酸铜的浓度为6.2×10^-4摩/升；硼氢化钾的浓度为7.7×10^-3摩/升。

(2).分别将步骤(1)中配制的硝酸铜和硼氢化钾水溶液混合，使混合后溶液中的硝酸铜浓度为1.5×10^-4摩/升；硼氢化钾的浓度为5×10^-3摩/升。在10℃下搅拌2小时，得到黄色悬浮液。离心分离，得到中空球形铜颗粒，粒径在90nm，壳层厚度16nm，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水合肼水溶液，其中溶液中碱式碳酸铜的浓度为5.7×10^-3摩/升；水合肼的浓度为8.2×10^-2摩/升。

(2).分别将步骤(1)中配制的碱式碳酸铜和水合肼水溶液混合，使混合后溶液中的碱式碳酸铜浓度为2×10^-3摩/升；水合肼的浓度为2.5×10^-2摩/升。在35℃下搅拌1.5小时，得到黄色悬浮液。离心分离，得到中空球形铜颗粒，粒径在150nm，壳层厚度34nm，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).分别配制氯化铜和硫酸肼水溶液，其中溶液中氯化铜的浓度为0.1摩/升；硫酸肼的浓度为5摩/升。

(2).分别将步骤(1)中配制的氯化铜和硫酸肼水溶液混合，使混合后溶液中的氯化铜浓度为0.08摩/升；硫酸肼的浓度为0.4摩/升。在40℃下搅拌2.5小时，得到黄色悬浮液。离心分离，得到中空球形铜颗粒，粒径在260nm，壳层厚度46nm，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、盐酸羟胺和硼氢化钾水溶液，其中溶液中酒石酸铜的浓度为3.4×10^-2摩/升；盐酸羟胺的浓度为8.7×10^-2摩/升；硼氢化钾的浓度为7.3×10^-2摩/升。

(2).分别将步骤(1)中配制的酒石酸铜、盐酸羟胺和硼氢化钾水溶液混合，使混合后溶液中的酒石酸铜浓度为6.2×10^-3摩/升；盐酸羟胺的浓度为3.8×10^-2摩/升；硼氢化钾的浓度为1.2×10^-2摩/升。在16℃下搅拌3小时，得到黄色悬浮液。离心分离，得到中空球形铜颗粒，粒径在220nm，壳层厚度28nm，为黄色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到铜功能材料。

Claims (9)

1.一种制备中空球形铜颗粒的方法，其特征是：该方法的步骤包括：

(1).分别配制铜盐和还原剂水溶液；

(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5×10^-5～0.2摩/升，还原剂的浓度为1×10^-3～20摩/升；搅拌，得到黄色悬浮液，离心分离，得到中空球形铜颗粒。

2.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述的中空球形铜颗粒的粒径为80～300nm；壳层厚度10～50nm。

3.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述的步骤(1)溶液中铜盐的浓度为2×10^-4～1摩/升；还原剂的浓度为5×10^-3～50摩/升。

4.如权利要求3所述的方法，其特征是：所述的铜盐的浓度为6×10^-4～0.1摩/升，还原剂的浓度为8×10^-3～10摩/升。

5.如权利要求1所述的方法，其特征是：所述的步聚(2)溶液中铜盐的浓度为1×10^-4～8×10^-2摩/升，还原剂的浓度为5×10^-3～5摩/升。

6.如权利要求1、2、3、4或5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。

7.如权利要求1、2、3、4或5所述的方法，其特征是：所述的还原剂选自硼氢化钠、硼氢化钾、水合肼、羟胺、硫酸肼或它们任意两种或两种以上的混合物。

8.如权利要求7所述的方法，其特征是：所述的羟胺是盐酸羟胺。

9.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0～40℃。