一種低密度碳酸鈣/銅復(fù)合空心導(dǎo)電材料的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無(wú)機(jī)化學(xué)領(lǐng)域，具體涉及一種低密度碳酸鈣/銅復(fù)合空心導(dǎo)電材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)科技的不斷進(jìn)步，對(duì)導(dǎo)電材料的需求越來(lái)越多，被廣泛應(yīng)用在醫(yī)藥、石油、化工、通信、電子、汽車(chē)和陶瓷等諸多領(lǐng)域。傳統(tǒng)的導(dǎo)電粉體有碳系(如石墨烯、碳納米管、碳黑、石墨、乙炔黑和碳纖維等)，金屬系(如金屬粉體和金屬纖維等)，摻雜型金屬氧化物系(ΑΤ0和ZAO等)和有機(jī)聚合物類(lèi)導(dǎo)電材料(如聚苯胺，聚噻吩等)等幾大類(lèi)。碳系導(dǎo)電粉體的主要缺點(diǎn)是分散性差，顏色深，難以調(diào)色，且生產(chǎn)和使用過(guò)程中易污染環(huán)境；金屬系導(dǎo)電粉體存在密度大，作為導(dǎo)電填料使用時(shí)存在容易發(fā)生沉積，耐候性不佳等諸多不足，且生產(chǎn)成本高，價(jià)格昂貴；而摻雜型金屬氧化物系導(dǎo)電材料往往導(dǎo)電性能差，易發(fā)生沉淀分層而影響實(shí)際應(yīng)用；有機(jī)物聚合物類(lèi)導(dǎo)電材料價(jià)格較貴，耐候性等方面不如無(wú)機(jī)導(dǎo)電材料。因此，開(kāi)發(fā)一種低密度，在體系中容易分散，價(jià)格低廉，且導(dǎo)電性良好，耐候性佳的新型導(dǎo)電材料，是業(yè)界的迫切需求。
[0003]現(xiàn)階段關(guān)于各類(lèi)導(dǎo)電粉體的制備及研宄報(bào)道已有很多，其中銅系金屬粉體由于其具有優(yōu)良的理化及導(dǎo)電性能，且價(jià)格相較其它金屬粉體要低，成為用量最大的導(dǎo)電粉體材料之一。但很多研宄報(bào)道往往將目光注意在提高銅系導(dǎo)電粉體的導(dǎo)電性和耐候性上(如中國(guó)專(zhuān)利CN200710066392.1)，對(duì)于如何降低導(dǎo)電粉體的密度和生產(chǎn)成本，節(jié)約寶貴的金屬資源等方面，則涉及較少。銅作為一種在冶金、化工、電子、航天及國(guó)防等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用的重要有色金屬，其應(yīng)用范圍及用量在不斷擴(kuò)大，而我國(guó)銅資源卻相對(duì)不足。為了合理降低銅的消耗，充分利用我國(guó)豐富的優(yōu)質(zhì)碳酸鈣礦產(chǎn)資源優(yōu)勢(shì)，開(kāi)展新型超細(xì)碳酸鈣/銅功能性復(fù)合材料的研制，則成為一項(xiàng)極具理論研宄與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的挑戰(zhàn)性工作。
[0004]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有銅粉作為導(dǎo)電材料存在密度大，容易沉降且成本高昂等不足，創(chuàng)造性地提出了一種新的碳酸鈣/銅復(fù)合空心導(dǎo)電材料的制備方法，即采用在碳酸鈣空心球表面進(jìn)行原位還原的方法進(jìn)行制備。該方法著眼于提高碳酸鈣/銅復(fù)合空心導(dǎo)電粉體的導(dǎo)電性和分散性，在保證碳酸鈣/銅復(fù)合空心導(dǎo)電粉體達(dá)到導(dǎo)電性能要求的前提下，大大減少金屬銅的使用量，有效地控制了生產(chǎn)成本，使得碳酸鈣/銅復(fù)合空心材料的產(chǎn)業(yè)化成為了可能；而且，反應(yīng)中不添加任何有機(jī)溶劑，在降低生產(chǎn)成本的同時(shí)也符合綠色化學(xué)要求。本發(fā)明巧妙地將高活性空心結(jié)構(gòu)碳酸鈣與金屬銅有機(jī)結(jié)合，采用原位還原的制備方法，在水熱環(huán)境下，成功得到了結(jié)構(gòu)可控、性能穩(wěn)定的碳酸鈣/銅復(fù)合空心導(dǎo)電材料。同時(shí)，偶聯(lián)劑的使用對(duì)提高復(fù)合導(dǎo)電粉體的持久穩(wěn)定、耐候等性能具有十分積極的作用。這種原位還原法獲得的復(fù)合導(dǎo)電粉體在反應(yīng)速率、產(chǎn)物導(dǎo)電性、分散性、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及環(huán)境友好性等方面，是現(xiàn)有銅系金屬粉體制備方法所難以企及的。
[0005]由于本發(fā)明采用的制備方法具有設(shè)備簡(jiǎn)單、合成效率高、生產(chǎn)成本低、產(chǎn)物分散性好、導(dǎo)電性佳和對(duì)環(huán)境友好等特點(diǎn)，因此，具有很強(qiáng)的工業(yè)應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種低密度碳酸鈣/銅復(fù)合空心導(dǎo)電材料的制備方法，用來(lái)制備具有良好導(dǎo)電性能的低密度導(dǎo)電粉體，降低粉體的密度避免使用過(guò)程中發(fā)生沉降現(xiàn)象，提高復(fù)合材料的熱穩(wěn)定性及耐候性。采用本發(fā)明提供的制備方法，所獲得的碳酸鈣/銅復(fù)合空心導(dǎo)電粉體，具有原料來(lái)源廣泛，生產(chǎn)成本低廉，導(dǎo)電性能優(yōu)良，耐候性好等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，該方法不產(chǎn)生任何有害廢料，可以節(jié)省資源，降低對(duì)環(huán)境的污染，符合低碳經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展經(jīng)濟(jì)策略要求。
[0007]本發(fā)明提出一種新型的碳酸鈣/銅復(fù)合空心導(dǎo)電粉體，在水熱環(huán)境下，采用原位還原的方法進(jìn)行制備，其具體步驟為:稱(chēng)取CaCl2，Na2CO3j &^04固體分別配制成水溶液，備用。在超聲條件下，將Na2CCV^液置于燒杯中，然后添加十六烷基三甲基溴化胺作為模板劑，超聲一段時(shí)間后，將CaCl2溶液緩慢加到燒杯中，不斷攪拌；最后再超聲反應(yīng)一段時(shí)間。用離心分離機(jī)高速分離產(chǎn)物，并用去離子水洗滌數(shù)次，至產(chǎn)物中不再含有Ca2+、CO/—離子為止。將上述制備的碳酸鈣全部置于燒杯中，加入硅酸鈉作為偶聯(lián)劑，再向其中加入硫酸銅溶液，攪拌，讓銅離子在碳酸鈣的表面充分吸附后，去除多余的硫酸銅溶液；然后向體系中加入葡萄糖溶液作為還原劑，加入氫氧化鈉溶液作為PH調(diào)節(jié)劑。充分?jǐn)嚢韬筠D(zhuǎn)移到水熱反應(yīng)釜中，在水熱反應(yīng)一段時(shí)間后，使吸附在碳酸鈣的表面的銅離子進(jìn)行原位還原反應(yīng)，即得到碳酸鈣/銅復(fù)合空心導(dǎo)電材料。
[0008]具體制備條件為:
硫酸銅溶液的濃度為1-5摩爾/升；
水熱反應(yīng)的溫度:150-180°C ；
水熱反應(yīng)的時(shí)間為:1-5小時(shí)。
[0009]本發(fā)明得到的碳酸鈣/銅復(fù)合導(dǎo)電材料為空心球狀結(jié)構(gòu)，顏色為土黃色，具有良好的分散性。碳酸鈣/銅復(fù)合導(dǎo)電材料的整體尺寸為450nm左右，包覆的銅層的厚度為15nm左右，粉體產(chǎn)物的電阻率為110歐姆.厘米左右。
[0010]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn):
1、首次提出利用原位還原的方法制備出了碳酸鈣/銅復(fù)合空心導(dǎo)電粉體。該導(dǎo)電粉體材料具有球狀空心結(jié)構(gòu)，碳酸鈣與銅之間結(jié)合緊密，具有粒徑小且均一，導(dǎo)電性好，無(wú)團(tuán)聚現(xiàn)象，易于分散等優(yōu)點(diǎn)；同單質(zhì)金屬銅相比，在保證導(dǎo)電性能滿(mǎn)足抗靜電要求的前提下，其密度更是有了大幅度的降低，這對(duì)拓展復(fù)合材料的應(yīng)用范圍，避免沉降的發(fā)生，減少導(dǎo)電材料的用量，提高該復(fù)合導(dǎo)電粉體的經(jīng)濟(jì)附加值是十分有意義的。
[0011]2、偶聯(lián)劑的加入，使得碳酸鈣納米組裝球與銅離子可以較為牢固的結(jié)合在一起，不僅增加了復(fù)合導(dǎo)電粉體表層金屬銅的厚度，而且使金屬銅與碳酸鈣之間結(jié)合得更加穩(wěn)定。
[0012]3、利用本發(fā)明的制備技術(shù)，在水熱環(huán)境下，通過(guò)原位還原反應(yīng)，在碳酸鈣空心球的表面牢固地包覆一層銅，形成結(jié)構(gòu)緊密地復(fù)合空心結(jié)構(gòu)，使其具有非常穩(wěn)定的組成。
[0013]
【具體實(shí)施方式】
[0014]下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0015]實(shí)施例1:
分別配制I mol/L CaCl2溶液，I mo I/L Na 2C03溶液和5 mo I/L CuSO4溶液，備用。在超聲條件下，將50 HiLNa2CO3溶液置于燒杯中，然后添加碳酸鈣理論產(chǎn)量的1%的十六烷基三甲基溴化胺作為模板劑，超聲5min ;然后將50mL CaCl2溶液緩慢加到燒杯中，不斷攪拌?’最后超聲反應(yīng)5 min。用離心分離機(jī)在2500 r/min的轉(zhuǎn)速下分離產(chǎn)物，并用去離子水洗滌數(shù)次，至產(chǎn)物中不再含有Ca2+、C0廣離子為止。將上述制備的碳酸鈣全部置于燒杯中，加入碳酸鈣質(zhì)量2%的硅酸鈉作為偶聯(lián)劑，再向其中加入5 mol/L的硫酸銅50 mL，攪拌10 min，讓銅離子在碳酸鈣的表面充分吸附至飽和后，去除剩余的硫酸銅溶液；然后向體系中加入20%的葡萄糖100 mL和