CN102806356B - 一种具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的制备方法，将硝酸铜加入乙二醇中加热溶解，再加入氨水形成含有蓝色絮状物的液体，然后再加入可溶性淀粉水溶液，不断搅拌形成粘稠状液体，将其烘干研磨成粉末，最后将粉末放入管式炉中，通入保护气体并进行加热分解一定时间，待炉体冷却后取出黑色粉末状样品，即为碳包铜纳米粒子。本发明制备方法简单，所需设备或装置不用专门设计或制造，造价低，制备步骤简单，容易实现。本发明的制备方法制备出的具有核壳结构的碳包铜纳米粒子具有明显提高机体热导率的特性。
Description
技术领域
本发明属于纳米粒子制备方法技术领域，涉及一种具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的制备方法。
背景技术
碳包铜纳米粒子是一种核壳结构的纳米粒子，内部为金属铜核心，外部被多层非晶碳包裹。碳层的包覆使内部铜核表现出独特的纳米性质，由于能级***，纳米尺寸的铜粒子的电子与声子在热输运性质以量子形式表现。其电子和声子的弛豫时间远远大于宏观块体。因此纳米铜粒子的热导率大于宏观块体铜的热导率。内部铜核具有很高的热导率，而外部多层碳膜具有很好的变形能力，从而可以与散热面很好的贴合，同时碳层在聚合物基体中具有很强的亲和性，因而碳包金属纳米粒子在聚合物基体中可以稳定存在，而不会发生沉降，团聚等现象。具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的制备方法有碳弧法、激光法等多种方法，但这些方法都需要专门的设备，碳弧法需要碳弧发生设备和附属的变压***、冷却***及真空***，激光法需要大型的激光发生器和附属的变压***、冷却***和真空***等设备，设备复杂，流程繁多，而且造价高。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的制备方法，目的是解决了现有制备方法需要专门设备，导致造价高的问题。
本发明的技术方案是，一种具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的制备方法，按照以下步骤具体实施：
步骤1、将硝酸铜边搅拌边加入乙二醇中，将硝酸铜与乙二醇的混合溶液加热至100-200℃硝酸铜完全溶解于乙二醇形成淡蓝色溶液，其中硝酸铜占溶液的质量百分比为1-30%；
步骤2、将氨水边搅拌边缓慢滴入步骤1制得的淡蓝色溶液，得到蓝色絮状沉淀物的混合溶液；
步骤3、取可溶性淀粉溶于去离子水中形成淀粉溶液，其中可溶性淀粉占溶液的质量百分比为2-25%；
步骤4、将步骤3制得的淀粉溶液缓慢滴入步骤2制得的含有蓝色絮状沉淀物的混合溶液中，其中淀粉溶液与含有蓝色絮状沉淀物的混合溶液的质量比为1-9:3，待反应完全后得到粘稠状液体，将该粘稠状液体放入烘箱中以70-100℃的烘干温度，12-48h的保温时间烘干，得到块状物体；
步骤5、将步骤4得到的块状物体用研钵研碎形成粉末，取研磨好的粉末放入管式炉中，通入保护气体并进行加热，升温速度设定为1-5℃/min，当温度升至200-300℃时，通入还原气体，并将升温速度调节至2-10℃/min，当温度升至700-1200℃时停止加热，保温1-6小时后，停止通入保护气体和还原气体，随炉冷却后得到黑色粉末状物质即为具有核壳结构的碳包铜纳米粒子。
其中，步骤2氨水中的氨与蓝色溶液中硝酸铜的质量比为1-6:1。
其中，步骤5中保护气体为氮气。
其中，步骤5中还原气体为氢气。
本发明的有益效果是，不需要专门的设备进行制备具有核壳结构的碳包铜纳米粒子，造价低，制备步骤简单，容易实现。
附图说明
图1是一种具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的制备方法制备出的具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的透射电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细的说明。
一种具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的制备方法，按照以下步骤具体实施：
步骤1、将硝酸铜边搅拌边加入乙二醇中，将硝酸铜与乙二醇的混合溶液加热至100-200℃使硝酸铜完全溶解于乙二醇形成淡蓝色溶液，其中硝酸铜占溶液的质量百分比为1-30%；
步骤2、将氨水边搅拌边缓慢滴入步骤1制得的淡蓝色溶液，得到蓝色絮状沉淀物的混合溶液，氨水中的氨与蓝色溶液中硝酸铜的质量比为1-6:1；
步骤3、取可溶性淀粉溶于去离子水中形成淀粉溶液，其中可溶性淀粉占溶液的质量百分比为2-25%；
步骤4、将步骤3制得的淀粉溶液缓慢滴入步骤2制得的含有蓝色絮状沉淀物的混合溶液中，其中淀粉溶液与含有蓝色絮状沉淀物的混合溶液的质量比为1-9:3，待反应完全后得到粘稠状液体将该粘稠状液体放入烘箱中以70-100℃的烘干温度，12-48h的保温时间烘干得到块状物体；
步骤5、将步骤4得到的块状物体用研钵研碎形成粉末，并将研磨好的粉末放入管式炉中，通入保护气体氮气并进行加热，升温速度设定为1-5℃/min，当温度升至200-300℃时，通入还原气体氢气，并将升温速度调节至2-10℃/min，当温度升至700-1200℃停止加热并保温1-6小时后，停止通入氮气和氢气，随炉冷却后得到的黑色粉末状物质即为具有核壳结构的碳包铜纳米粒子。
实施例1
将硝酸铜边搅拌边加入乙二醇中，将硝酸铜与乙二醇的混合溶液加热至150℃使硝酸铜完全溶解于乙二醇形成淡蓝色溶液，硝酸铜占溶液的质量百分比为5%。将含氨量与硝酸铜质量比为2:1的氨水边搅拌边缓慢滴入淡蓝色溶液，得到蓝色絮状沉淀物的混合溶液。
取可溶性淀粉溶于去离子水中形成淀粉溶液，配制成溶质质量百分比为5%的可溶性淀粉溶液。取10ml可溶性淀粉溶液缓慢滴入蓝色絮状沉淀物的混合溶液中，待反应完全后得到粘稠状液体，将该粘稠状液体放入烘箱中以100℃的烘干温度，保温时间12h烘干成块状物体。
将烘干后得到的块状物体用研钵研碎形成粉末，将研磨好的粉末放入管式炉中，通入保护气体氮气并进行加热，升温速度设定为1℃/min，当温度升至200℃时后通入还原气体氢气，并将升温速度调节至2℃/min，温度升至700℃后停止加热并保温4小时后，同时停止通入氮气和氢气，随炉冷却后得到的黑色粉末状物质即为具有核壳结构的碳包铜纳米粒子。
通过透射电镜观察到制备出的具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的粒径为20-40nm，将制备出的具有核壳结构的碳包铜纳米粒子作为填料分散在聚硅氧烷基体中，当填入的具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的质量百分比达到3%时，测定到基体的热导率提高了60%。
实施例2
将硝酸铜边搅拌边加入乙二醇中，将硝酸铜与乙二醇的混合溶液加热至130℃使硝酸铜完全溶解于乙二醇形成淡蓝色溶液，硝酸铜占溶液的质量百分比为2.5%。将含氨量与硝酸铜质量比为3:1的氨水边搅拌边缓慢滴入淡蓝色溶液，得到蓝色絮状沉淀物的溶液。
取可溶性淀粉溶于去离子水中形成淀粉溶液，配制成溶质质量百分比为8%的可溶性淀粉溶液。取12ml可溶性淀粉溶液缓慢滴入蓝色絮状沉淀物的混合溶液中，待反应完全后得到粘稠状液体，将该粘稠状液体放入烘箱中以80℃的烘干温度，保温时间18h烘干形成块状物体。
将烘干后得到的块状物体用研钵研碎形成粉末，将研磨好的粉末放入管式炉中，通入保护气体氮气并进行加热，升温速度设定为1.5℃/min，当温度升至220℃时后通入还原气体氢气，并将升温速度调节至3℃/min，温度升至800℃停止加热并保温3小时后，停止通入氮气和氢气，随炉冷却后得到黑色粉末状物质即为具有核壳结构的碳包铜纳米粒子。
通过透射电镜观察到制备出的具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的粒径为30-50nm，将制备出的具有核壳结构的碳包铜纳米粒子作为填料分散在聚硅氧烷基体中，当填入的具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的质量百分比达到3%时，测定到基体的热导率提高了60%。
实施例3
将硝酸铜边搅拌边加入乙二醇中，将硝酸铜与乙二醇的混合溶液加热至130℃硝酸铜完全溶解于乙二醇形成淡蓝色溶液，硝酸铜占溶液的质量百分比为2%。将含氨量与硝酸铜质量比为3:1的氨水边搅拌边缓慢滴入淡蓝色溶液，得到蓝色絮状沉淀物的混合溶液。
取可溶性淀粉溶于去离子水中形成淀粉溶液，配制成溶质质量百分比为8%的可溶性淀粉溶液。取14ml可溶性淀粉溶液缓慢滴入蓝色絮状沉淀物的混合溶液中，待反应完全后得到粘稠状液体，将该粘稠状液体放入烘箱中以80℃的烘干温度，保温时间20h烘干形成块状物体。
将烘干后得到的块状物体用研钵研碎形成粉末，将研磨好的粉末放入管式炉中进行加热，通入保护气体氮气并进行加热，升温速度设定为1.5℃/min，当温度升至260℃时后通入还原气体氢气，并将升温速度调节至3℃/min，温度升至900℃停止加热并保温3.5小时后，停止通入氮气和氢气，随炉冷却后得到的黑色粉末状物质即为具有核壳结构的碳包铜纳米粒子。
通过透射电镜观察到制备出的具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的粒径为40-70nm，将制备出的具有核壳结构的碳包铜纳米粒子作为填料分散在聚硅氧烷基体中，当填入的具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的质量百分比达到2%时，测定到基体的热导率提高了65%。
实施例4
将硝酸铜边搅拌边加入乙二醇中，将硝酸铜与乙二醇的混合溶液加热至180℃使硝酸铜完全溶解于乙二醇形成淡蓝色溶液，硝酸铜占溶液的质量百分比为1.25%。将含氨量与硝酸铜质量比为2.25:1的氨水边搅拌边缓慢滴入淡蓝色溶液，得到蓝色絮状沉淀物的混合溶液。
取可溶性淀粉溶于去离子水中形成淀粉溶液，配制成溶质质量百分比为15%的可溶性淀粉溶液。取18ml可溶性淀粉溶液缓慢滴入蓝色絮状沉淀物的混合溶液中，待反应完全后得到粘稠状液体，将该粘稠状液体放入烘箱中以70℃的烘干温度，保温时间20h烘干形成块状物体。
将烘干后得到的块状物体用研钵研碎形成粉末，将研磨好的粉末放入管式炉中进行加热，通入保护气体氮气并进行加热，升温速度设定为3℃/min，当温度升至280℃时后通入还原气体氢气，并将升温速度调节至3.5℃/min，温度升至1000℃停止加热并保温5小时后，停止通入氮气和氢气，随炉冷却后得到的黑色粉末状物质即为具有核壳结构的碳包铜纳米粒子。
通过透射电镜观察到制备出的具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的粒径为40-60nm，将制备出的具有核壳结构的碳包铜纳米粒子作为填料分散在聚硅氧烷基体中，当填入的具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的质量百分比达到3%时，测定到基体的热导率提高了75%。
实施例5
将硝酸铜边搅拌边加入乙二醇中，将硝酸铜与乙二醇的混合溶液加热至190℃使硝酸铜完全溶解于乙二醇形成淡蓝色溶液，硝酸铜占溶液的质量百分比为1.11%。将含氨量与硝酸铜质量比为1.8:1的氨水边搅拌边缓慢滴入淡蓝色溶液，得到蓝色絮状沉淀物。
取可溶性淀粉溶于去离子水中形成淀粉溶液，配制成溶质质量百分比为10%的可溶性淀粉溶液。取20ml可溶性淀粉溶液缓慢滴入蓝色絮状沉淀物的混合溶液中，待反应完全后得到粘稠状液体，将该粘稠状液体放入烘箱中以70℃的烘干温度，保温时间24h烘干形成块状物体。
将烘干后得到的块状物体用研钵研碎形成粉末，将研磨好的粉末放入管式炉中进行加热，通入保护气体氮气并进行加热，升温速度设定为2.5℃/min，当温度升至300℃时后通入还原气体氢气，并将升温速度调节至2℃/min，温度升至1200℃停止加热并保温3小时后，停止通入氮气和氢气，随炉冷却后得到的黑色粉末状物质即为具有核壳结构的碳包铜纳米粒子。
通过透射电镜观察到制备出的具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的粒径为50-80nm，将制备出的具有核壳结构的碳包铜纳米粒子作为填料分散在聚硅氧烷基体中，当填入的具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的质量百分比达到2%时，测定到基体的热导率提高了70%。
如图1所示为本发明方法制备出的具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的投射电镜图，图中粒子呈球形且大小均匀，该图中的纳米粒子直径约为20纳米，粒子显示出明显的核壳结构，内部为金属铜核，外部为多层碳膜。
本发明提供的一种具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的制备方法不需要使用专门的设备即可制得碳包铜纳米粒子，步骤简单，并且与传统的方法相比造价低，易于实现。
Claims (1)
1.一种具有核壳结构的碳包铜纳米粒子的制备方法，其特征在于，按照以下步骤具体实施：
步骤1、将硝酸铜边搅拌边加入乙二醇中，将硝酸铜与乙二醇的混合溶液加热至100-200℃使硝酸铜完全溶解于乙二醇形成淡蓝色溶液，其中硝酸铜占溶液的质量百分比为1-30％；
步骤2、将氨水边搅拌边缓慢滴入步骤1制得的淡蓝色溶液，得到蓝色絮状沉淀物的混合溶液；氨与蓝色溶液中硝酸铜的质量比为1-6:1；
步骤3、取可溶性淀粉溶于去离子水中形成淀粉溶液，其中可溶性淀粉占溶液的质量百分比为2-25％；
步骤4、将步骤3制得的淀粉溶液缓慢滴入步骤2制得的含有蓝色絮状沉淀物的混合溶液中，其中淀粉溶液与含有蓝色絮状沉淀物的混合溶液的质量比为1-9:3，待反应完全后得到粘稠状液体，将该粘稠状液体放入烘箱中以70-100℃的烘干温度，12-48h的保温时间烘干，得到块状物体；
步骤5、将步骤4得到的块状物体用研钵研碎形成粉末，取研磨好的粉末放入管式炉中，通入氮气并进行加热，升温速度设定为1-5℃/min，当温度升至200-300℃时，通入还原气体氢气，并将升温速度调节至2-10℃/min，当温度升至700-1200℃时停止加热，保温1-6小时后，停止通入氮气和氢气，随炉冷却后得到黑色粉末状物质即为具有核壳结构的碳包铜纳米粒子。
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