CN109663930B - 一种自燃性微纳米金属材料及其制备方法 - Google Patents

一种自燃性微纳米金属材料及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自燃性微纳米金属材料及其制备方法，其采用低温水热的方法，以可溶性金属盐、三乙醇胺为反应物，蒸馏水为溶剂制备得到微纳米金属前驱物，再利用管式炉煅烧，得到自燃性微纳米金属材料。本制备方法的成本低廉，产物单一，以管式炉氩气煅烧装置简单，可操作性强，无污染且重现性好，有较大的合成应用前景。

Description

一种自燃性微纳米金属材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种自燃性微纳米金属材料及其制备方法，属于纳米金属材料技术领域。
背景技术
自燃性微纳米金属材料具有广泛的用途，有微纳米效应，比表面积大，表面活性高。用不同金属盐作为反应物，得到不同的自燃性微纳米金属材料，具有大相径庭的化学性质。自燃性微纳米钴金属材料可以作为锂离子电池负极材料，自燃性的微纳米镍金属常作为催化剂，自燃性微纳米钴、镍、铁金属及合金材料都具有磁性，可作为电磁波吸收材料。
自燃材料是指能在与空气接触后五分钟内着火的材料，分为自燃液体材料和自燃固体材料。自燃固体材料可以保护车辆气袋的充气设备外壳，提高车主的人身安全（J·B·坎特贝里,K·J·帕特尔,L·兰格.用于气体发生器的自燃材料[P].中国专利：CN1535256，2004-10-06.）。一次性取暖片在国内年销售已超过1.81亿贴，其原理是利用自燃金属铁粉的原电池反应将化学能转化为热能。基于以上分析，构建一种自燃性微纳米金属材料的制备方法是非常有意义的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新颖有效的方法来合成大量自燃性微纳米金属材料，其原料简单，不需要添加稳定剂或表面活性剂，产物单一，可操作性强，重现性好，有较大的合成应用前景。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：
一种自燃性微纳米金属材料的制备方法，包括以下步骤：
1）将金属盐，三乙醇胺，溶于蒸馏水中，得到金属盐溶液；
2）将步骤1）中制得的金属盐溶液置于水热釜中，用磁力搅拌器搅拌均匀；
3）将步骤2）中制得的金属盐溶液放入烘箱中反应，得到浑浊液，再经离心所得沉淀用蒸馏水洗涤，得微纳米金属前驱物；
4）将步骤3）所得微纳米金属前驱物加热干燥后，进行煅烧，得到自燃性微纳米金属产物。
进一步地，步骤1）中金属盐的质量为1.3g～53.4g。
进一步地，步骤1）中三乙醇胺的质量为1.1g～56.0g。
进一步地，步骤1）中金属盐为可溶性盐，金属盐溶液中金属盐浓度为0.1M～3.8M。
进一步地，步骤2）中搅拌速度为30～40rpm，搅拌时间为30min。
进一步地，步骤3）中反应温度为120～180oC，反应时间为4～48h。
进一步地，步骤4）中干燥温度为60～100oC，所述加热干燥时间为4～6h。
进一步地，步骤4）中的煅烧条件是将所得干燥微纳米金属前驱物放入管式炉中，通氩气煅烧，煅烧温度为350～500oC，煅烧时间为2～8h。
本发明的突出优点在于：1）采用水热-煅烧法大批量制备自燃性微纳米金属材料，这种材料具有自燃性和纳米材料特性，在锂离子电池、一次性暖宝宝片、车辆气袋充气设备部件、吸波材料等领域具有潜在的应用前景；2）低温水热-煅烧法有利于微纳米金属材料的形成，方法简单且无污染；3）本合成方法原料简单，不需要添加稳定剂或表面活性剂，产物单一，可操作性强，重现性好，有较大的合成应用前景；4）制备的自燃性微纳米金属材料具有电磁波吸收性能，可以用做电磁波吸收涂料。
附图说明
图1为实施例1制得的微纳米金属前驱物扫描电镜图；
图2为实施例1制得的微纳米金属前驱物热重分析图；
图3为实施例1制得的自燃性微纳米金属材料扫描电镜图；
图4为实施例6制得的自燃性微纳米铁金属材料电磁波吸收性能图。
具体实施方式
下面通过实施案例结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
1）制备硝酸钴溶液：称取1.3g六水合硝酸钴，1.1g三乙醇胺，将其溶于50mL蒸馏水中，得到硝酸钴溶液(0.1mM)；
2）将步骤1）中制得的硝酸钴的水溶液置于水热釜中，用磁力搅拌器搅拌30分钟；
3）将水热釜放入烘箱中，保持120oC反应4h，保证反应完全。最后得到粉色浑浊液，离心，所得沉淀用蒸馏水洗涤3次，即得微纳米钴金属前驱物；
4）将步骤3）所得沉淀加热干燥，温度控制在60oC；
5）将步骤4）所得干燥样品放入管式炉中，通氩气350OC煅烧2h，得到自燃性微纳米钴金属材料。
由图1可以看出本实施例所得产物量大且形貌相对均匀，图2热重分析图可以得到氩气煅烧温度在350OC以上，可得到稳定产物。图3可以进一步确定自燃性微纳米钴金属材料在煅烧后形貌基本保持，是微纳米花状产物。
实施例2
1）制备硝酸钴溶液：称取20g六水合硝酸钴，1.1g三乙醇胺，将其溶于50mL蒸馏水中，得到硝酸钴溶液(1.49mM)；
2）将步骤1）中制得的硝酸钴的水溶液置于水热釜中，用磁力搅拌器搅拌30分钟；
3）将水热釜放入烘箱中，保持150oC反应12h，保证反应完全。最后得到粉色浑浊液，离心，所得沉淀用蒸馏水洗涤3次，即得微纳米钴金属前驱物；
4）将步骤3）所得沉淀加热干燥，温度控制在80oC；
5）将步骤4）所得干燥样品放入管式炉中，通氩气400OC煅烧2h，得到自燃性微纳米钴金属材料。
实施例3
1）制备硝酸钴溶液：称取53.4g六水合硝酸钴，1.1g三乙醇胺，将其溶于50mL蒸馏水中，得到硝酸钴溶液(3.8mM)；
2）将步骤1）中制得的硝酸钴的水溶液置于水热釜中，用磁力搅拌器搅拌30分钟；
3）将水热釜放入烘箱中，保持180oC反应48h，保证反应完全。最后得到粉色浑浊液，离心，所得沉淀用蒸馏水洗涤3次，即得微纳米钴金属前驱物；
4）将步骤3）所得沉淀加热干燥，温度控制在100oC；
5）将步骤4）所得干燥样品放入管式炉中，通氩气500OC煅烧4h，得到自燃性微纳米钴金属材料。
实施例4
1）制备硝酸镍溶液：称取53.4g六水合硝酸镍，56g三乙醇胺，将其溶于50mL蒸馏水中，得到硝酸镍溶液(1.8mM)；
2）将步骤1）中制得的硝酸镍的水溶液置于水热釜中，用磁力搅拌器搅拌30分钟；
3）将水热釜放入烘箱中，保持180oC反应48h，保证反应完全。最后得到绿色浑浊液，离心，所得沉淀用蒸馏水洗涤3次，即得微纳米镍金属前驱物；
4）将步骤3）所得沉淀加热干燥，温度控制在100oC；
5）将步骤4）所得干燥样品放入管式炉中，通氩气500OC煅烧4h，得到自燃性微纳米镍金属材料。
实施例5
1）制备硝酸镍溶液：称取53.4g六水合硝酸镍，20g三乙醇胺，将其溶于50mL蒸馏水中，得到硝酸镍溶液(2.8mM)；
2）将步骤1）中制得的硝酸镍的水溶液置于水热釜中，用磁力搅拌器搅拌30分钟；
3）将水热釜放入烘箱中，保持160oC反应48h，保证反应完全。最后得到绿色浑浊液，离心，所得沉淀用蒸馏水洗涤3次，即得微纳米镍金属前驱物；
4）将步骤3）所得沉淀加热干燥，温度控制在80oC；
5）将步骤4）所得干燥样品放入管式炉中，通氩气450OC煅烧4h，得到自燃性微纳米镍金属材料。
实施例6
1）制备氯化铁溶液：称取35g六水合氯化铁，35g三乙醇胺，将其溶于50mL蒸馏水中，得到氯化铁溶液(1.5mM)；
2）将步骤1）中制得的硝酸铁的水溶液置于水热釜中，用磁力搅拌器搅拌30分钟；
3）将水热釜放入烘箱中，保持180oC反应24h，保证反应完全。最后得到黄色浑浊液，离心，所得沉淀用蒸馏水洗涤3次，即得微纳米铁金属前驱物；
4）将步骤3）所得沉淀加热干燥，温度控制在80oC；
5）将步骤4）所得干燥样品放入管式炉中，通氩气400OC煅烧4h，得到自燃性微纳米铁金属材料。
6）将步骤5）所得自燃性微纳米铁金属材料进行电磁波吸收性能测试，测试结果如图4，当样品厚度为2毫米时，电磁波从10.32GHz到17.68GHz频率范围内反射损失均小于-10dB，说明材料吸波效果高于90%，具有良好电磁波吸收性能。
实施例7
1）制备硝酸镍钴溶液：称取26.7g六水合硝酸镍，26.7g六水合硝酸钴，56g三乙醇胺，将其溶于50mL蒸馏水中，得到硝酸镍钴溶液(1.8mM)；
2）将步骤1）中制得的硝酸镍钴的水溶液置于水热釜中，用磁力搅拌器搅拌30分钟；
3）将水热釜放入烘箱中，保持180oC反应48h，保证反应完全。最后得到绿色浑浊液，离心，所得沉淀用蒸馏水洗涤3次，即得微纳米镍钴金属前驱物；
4）将步骤3）所得沉淀加热干燥，温度控制在100oC；
5）将步骤4）所得干燥样品放入管式炉中，通氩气500OC煅烧4h，得到自燃性微纳米镍钴金属材料。
实施例8
1）制备硝酸镍钴溶液：称取26.7g六水合硝酸镍，26.7g六水合硝酸钴，26g三乙醇胺，将其溶于50mL蒸馏水中，得到硝酸镍钴溶液(2.62mM)；
2）将步骤1）中制得的硝酸镍钴的水溶液置于水热釜中，用磁力搅拌器搅拌30分钟；
3）将水热釜放入烘箱中，保持180oC反应48h，保证反应完全。最后得到绿色浑浊液，离心，所得沉淀用蒸馏水洗涤3次，即得微纳米镍钴金属前驱物；
4）将步骤3）所得沉淀加热干燥，温度控制在80oC；
5）将步骤4）所得干燥样品放入管式炉中，通氩气400OC煅烧2h，得到自燃性微纳米镍金属材料。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (6)

1.一种自燃性微纳米金属材料，其特征在于：所述自燃性微纳米金属材料的制备方法包括以下步骤：
1）将金属盐，三乙醇胺，溶于蒸馏水中，得到金属盐溶液；
2）将步骤1）中制得的金属盐溶液置于水热釜中，用磁力搅拌器搅拌均匀；
3）将步骤2）中制得的金属盐溶液放入烘箱中反应，得到浑浊液，再经离心所得沉淀用蒸馏水洗涤，得微纳米金属前驱物；
4）将步骤3）所得微纳米金属前驱物加热干燥后，进行煅烧，得到自燃性微纳米金属产物，具有电磁波吸收性能；
步骤3）中反应温度为120～180℃，反应时间为4～48h，步骤4）中的煅烧条件是将所得干燥微纳米金属前驱物放入管式炉中，通氩气煅烧，煅烧温度为350～500℃，煅烧时间为2～8h。
2.根据权利要求1所述的自燃性微纳米金属材料，其特征在于：步骤1）中金属盐的质量为1.3g～53.4g。
3.根据权利要求1所述的自燃性微纳米金属材料，其特征在于：步骤1）中三乙醇胺的质量为1.1g～56.0g。
4.根据权利要求1所述的自燃性微纳米金属材料，其特征在于：步骤1）中金属盐为可溶性盐，金属盐溶液中金属盐浓度为0.1M～3.8M。
5.根据权利要求1所述的自燃性微纳米金属材料，其特征在于：步骤2）中搅拌速度为30～40rpm，搅拌时间为30min。
6.根据权利要求1所述的自燃性微纳米金属材料，其特征在于：步骤4）中干燥温度为60～100℃，所述加热干燥时间为4～6h。
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