專利名稱：中空球形銅顆粒的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬光電功能材料的制備和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及中空球形銅顆粒的制備方法。
背景技術(shù)：
銅是一種重要的金屬材料，可廣泛應(yīng)用于電子、催化、冶金、涂料、樹(shù)脂、潤(rùn)滑油和熱傳導(dǎo)等方面。人們對(duì)銅材料的形貌控制進(jìn)行了研究，已經(jīng)制備出球形、短棒狀等多種形貌的銅納米材料。但中空球形銅材料的制備還鮮見(jiàn)報(bào)道。
中空材料的制備是近年來(lái)人們研究的熱點(diǎn)，它有廣泛的用途，包括作為各種物質(zhì)的緩釋膠囊(如藥物、化妝品、染料和墨水)、人造細(xì)胞、顏料和輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料等。目前的中空材料的制備主要采用模板法。具體是先將要制備的中空材料的原料與模板混合，所用模板包括硬質(zhì)模板(如二氧化硅)和軟質(zhì)模板(如聚苯乙烯)。在模板表面合成所需的材料，使材料復(fù)合在模板表面。最后通過(guò)燒熔或溶劑去除法除去模板，制得中空材料。這種制備方法具有普遍性，可以合成多種中空材料。但這種方法有它的局限性，主要是在去除模板的過(guò)程中，殼層很容易被破壞，從而很難得到完整的中空結(jié)構(gòu)[Zhang，D.B.；Qi，L.M.；Ma，J.M.；Cheng，H.M.Advanced.Materials.2002，14，1499]。
在我們的制備方法中，通過(guò)控制反應(yīng)條件，可以一步合成中空的銅顆粒，而不需要任何模板。這樣就避免了去處模板時(shí)的破壞作用，從而得到較為完整的中空結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備中空球形銅顆粒的方法。采用本方法工藝簡(jiǎn)單，操作方便，生產(chǎn)成本低。
本發(fā)明的目的是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的采用液相還原法制備，通過(guò)還原劑還原銅鹽，制得的銅顆粒為中空球形。
具體方法的步驟如下
(1).分別配制銅鹽和還原劑水溶液，其中溶液中銅鹽的濃度為2×10-4～1摩/升，優(yōu)選為6×10-4～0.1摩/升；還原劑的濃度為5×10-3～50摩/升，優(yōu)選為8×10-3～10摩/升。
(2).將步驟(1)配制的銅鹽和還原劑水溶液混合，使混合后溶液中的銅鹽濃度為5×10-5～0.2摩/升，優(yōu)選為1×10-4～8×10-2摩/升；還原劑的濃度為1×10-3～20摩/升，優(yōu)選為5×10-3～5摩/升。在0～40℃下攪拌0.5～3小時(shí)，得到黃色懸浮液。離心分離，得到中空球形銅顆粒，粒徑在80～300nm，殼層厚度10～50nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。
所述的銅鹽包括硝酸銅、氯化銅、硫酸銅、堿式碳酸銅或酒石酸銅。
所述的還原劑包括硼氫化鈉、硼氫化鉀、水合肼、羥胺(如鹽酸羥胺)、硫酸肼或它們?nèi)我鈨煞N或兩種以上的混合物。
本發(fā)明制備出的產(chǎn)品用途廣泛，是重要的電子工業(yè)材料。還可廣泛應(yīng)用于催化、冶金、涂料、樹(shù)脂、潤(rùn)滑油、熱傳導(dǎo)、各種物質(zhì)的緩釋膠囊(如藥物、化妝品、染料和墨水)和輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料等領(lǐng)域。
采用本發(fā)明的方法得到的銅顆粒為中空球形，如附圖1和附圖2所示。
本發(fā)明的方法能耗低，產(chǎn)品純度高，均勻且分散性好，顆粒尺寸和殼層厚度可通過(guò)銅鹽和還原劑的濃度及反應(yīng)溫度等實(shí)驗(yàn)條件來(lái)控制。
該方法與過(guò)去的制備方法顯著不同的是，在本發(fā)明中，中空銅顆粒的制備不需要任何模板，只通過(guò)一步反應(yīng)即可得到。制備方法簡(jiǎn)單易行，便于操作。


圖1.本發(fā)明的實(shí)施例1的中空球形銅顆粒材料電鏡照片。
圖2.本發(fā)明的實(shí)施例2的中空球形銅顆粒材料電鏡照片。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1(1).分別配制硫酸銅和硼氫化鈉水溶液，其中溶液中硫酸銅的濃度為5×10-3摩/升；硼氫化鈉的濃度為8×10-2摩/升。
(2).分別將步驟(1)中配制的硫酸銅和硼氫化鈉水溶液混合，使混合后溶液中的硫酸銅濃度為7×10-4摩/升；硼氫化鈉的濃度為8×10-3摩/升。在20℃下攪拌1小時(shí)，得到黃色懸浮液。離心分離，得到中空球形銅顆粒，粒徑在180nm，殼層厚度40nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。見(jiàn)附圖1。
實(shí)施例2(1).分別配制氯化銅和鹽酸羥胺水溶液，其中溶液中氯化銅的濃度為0.22摩/升；鹽酸羥胺的濃度為0.5摩/升。
(2).分別將步驟(1)中配制的氯化銅和鹽酸羥胺水溶液混合，使混合后溶液中的氯化銅濃度為1.2×10-2摩/升；鹽酸羥胺的濃度為0.5摩/升。在5℃下攪拌0.5小時(shí)，得到黃色懸浮液。離心分離，得到中空球形銅顆粒，粒徑在145nm，殼層厚度25nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。見(jiàn)附圖2。
實(shí)施例3(1).分別配制硝酸銅和硼氫化鉀水溶液，其中溶液中硝酸銅的濃度為6.2×10-4摩/升；硼氫化鉀的濃度為7.7×10-3摩/升。
(2).分別將步驟(1)中配制的硝酸銅和硼氫化鉀水溶液混合，使混合后溶液中的硝酸銅濃度為1.5×10-4摩/升；硼氫化鉀的濃度為5×10-3摩/升。在10℃下攪拌2小時(shí)，得到黃色懸浮液。離心分離，得到中空球形銅顆粒，粒徑在90nm，殼層厚度16nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。
實(shí)施例4(1).分別配制堿式碳酸銅和水合肼水溶液，其中溶液中堿式碳酸銅的濃度為5.7×10-3摩/升；水合肼的濃度為8.2×10-2摩/升。
(2).分別將步驟(1)中配制的堿式碳酸銅和水合肼水溶液混合，使混合后溶液中的堿式碳酸銅濃度為2×10-3摩/升；水合肼的濃度為2.5×10-2摩/升。在35℃下攪拌1.5小時(shí)，得到黃色懸浮液。離心分離，得到中空球形銅顆粒，粒徑在150nm，殼層厚度34nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。
實(shí)施例5(1).分別配制氯化銅和硫酸肼水溶液，其中溶液中氯化銅的濃度為0.1摩/升；硫酸肼的濃度為5摩/升。
(2).分別將步驟(1)中配制的氯化銅和硫酸肼水溶液混合，使混合后溶液中的氯化銅濃度為0.08摩/升；硫酸肼的濃度為0.4摩/升。在40℃下攪拌2.5小時(shí)，得到黃色懸浮液。離心分離，得到中空球形銅顆粒，粒徑在260nm，殼層厚度46nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。
實(shí)施例6(1).分別配制酒石酸銅、鹽酸羥胺和硼氫化鉀水溶液，其中溶液中酒石酸銅的濃度為3.4×10-2摩/升；鹽酸羥胺的濃度為8.7×10-2摩/升；硼氫化鉀的濃度為7.3×10-2摩/升。
(2).分別將步驟(1)中配制的酒石酸銅、鹽酸羥胺和硼氫化鉀水溶液混合，使混合后溶液中的酒石酸銅濃度為6.2×10-3摩/升；鹽酸羥胺的濃度為3.8×10-2摩/升；硼氫化鉀的濃度為1.2×10-2摩/升。在16℃下攪拌3小時(shí)，得到黃色懸浮液。離心分離，得到中空球形銅顆粒，粒徑在220nm，殼層厚度28nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。
權(quán)利要求
1.一種制備中空球形銅顆粒的方法，其特征是該方法的步驟包括(1).分別配制銅鹽和還原劑水溶液；(2).將步驟(1)配制的銅鹽和還原劑水溶液混合，使混合后溶液中的銅鹽濃度為5×10-5～0.2摩/升，還原劑的濃度為1×10-3～20摩/升；攪拌，得到黃色懸浮液，離心分離，得到中空球形銅顆粒。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的中空球形銅顆粒的粒徑為80～300nm；殼層厚度10～50nm。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的步驟(1)溶液中銅鹽的濃度為2×10-4～1摩/升；還原劑的濃度為5×10-3～50摩/升。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述的銅鹽的濃度為6×10-4～0.1摩/升，還原劑的濃度為8×10-3～10摩/升。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的步聚(2)溶液中銅鹽的濃度為1×10-4～8×10-2摩/升，還原劑的濃度為5×10-3～5摩/升。
6.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的方法，其特征是所述的銅鹽選自硝酸銅、氯化銅、硫酸銅、堿式碳酸銅或酒石酸銅。
7.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的方法，其特征是所述的還原劑選自硼氫化鈉、硼氫化鉀、水合肼、羥胺、硫酸肼或它們?nèi)我鈨煞N或兩種以上的混合物。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征是所述的羥胺是鹽酸羥胺。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的步驟(2)攪拌時(shí)的溫度是0～40℃。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬光電功能材料的制備和應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及中空球形銅顆粒的制備方法。采用液相還原法制備，通過(guò)還原劑還原銅鹽，制得的銅顆粒為中空球形。本發(fā)明的方法能耗低，產(chǎn)品純度高，均勻且分散性好，顆粒尺寸和殼層厚度可通過(guò)銅鹽和還原劑的濃度及反應(yīng)溫度等實(shí)驗(yàn)條件來(lái)控制。
文檔編號(hào)B22F9/24GK1861299SQ200510011718
公開(kāi)日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2005年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月13日
發(fā)明者唐芳瓊, 任湘菱 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所