一種氧化銅粉體的制備工藝的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種氧化銅粉體的制備工藝。
【背景技術】
[0002]作為人類社會發(fā)展的物質基礎，材料在經(jīng)濟社會中占有十分重要的地位。隨著材料科學技術的發(fā)展，出現(xiàn)了一批與傳統(tǒng)材料不同的、具有特殊功能的新材料。其中，納米材料科學技術已經(jīng)成為世界各國科學技術競爭的戰(zhàn)略要點之一。目前，美國、日本、西歐各國都把納米科技列為科學研究開發(fā)的重點?！凹{米熱”的形成與以知識經(jīng)濟為基礎的、面向21世紀高新技術產(chǎn)品的新經(jīng)濟密切相關。納米材料作為二十一世紀的一種新材料，將促進社會產(chǎn)業(yè)結構的轉變，促進資源、環(huán)境和社會的可持續(xù)發(fā)展，為新經(jīng)濟創(chuàng)造更可觀的財富。
[0003]自20世紀60年代，科學家提出并把納米材料作為研究對象以來，納米科學技術研究取得了重大的進展。在一些領域，納米技術已經(jīng)得到應用，并向產(chǎn)業(yè)化進軍。美國、日本等國已意識到納米科學技術在新經(jīng)濟時代和綜合國力競爭中的分量。為迎接納米時代的到來，我國也加快了納米科技的研究與產(chǎn)業(yè)化部署。發(fā)展納米材料與技術應用對于我國科技和國民經(jīng)濟的進步具有重要的意義。納米材料是指晶粒尺寸小于lOOmn的單晶體或多晶體。它是介于宏觀與微觀之間的一種介質體系，既是物質的一種分散體系，又是一種新型的物質材料。當粉體超細化，尺寸達到納米級時，納米材料具有表面效應、體積效應、量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應等口叫基本物理效應，使其表現(xiàn)出獨特的光學、電學、磁學、熱學、催化和力學等性質。因此，納米粉體可廣泛用于新型陶瓷材料、催化材料、涂層材料、磁性材料、生物醫(yī)藥材料、有機/無機復合材料、功能纖維材料、潤滑減磨材料等，與現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)發(fā)展尤其是高新技術產(chǎn)業(yè)的發(fā)展密切相關。
[0004]銅是與人類關系非常密切的有色金屬，其氧化物一一氧化銅有著廣泛的應用。普通氧化銅是一種多功能精細無機材料，主要應用在印染、玻璃、陶瓷、醫(yī)藥、催化劑、載體及電極活性材料等領域。而納米氧化銅在電學、光學、催化等方面表現(xiàn)出不尋常的特性，已被應用于催化材料、傳感材料等領域，并顯示出很好的應用前景。在固體推進劑領域，納米氧化銅是一種重要的燃速催化劑，它可以明顯改善高氯酸銨固體推進劑的燃燒性能。在環(huán)保領域，納米氧化銅對空氣中的一氧化碳、乙醇、乙酸乙酯等揮發(fā)性有機化合物具有很好的催化作用。在生物醫(yī)藥領域，納米氧化銅對氨基酸魯米諾化學發(fā)光具有優(yōu)異的催化效果。在氣體傳感器領域，采用納米氧化銅粒子膜包覆可以大大提高傳感器的響應速度、靈敏度和選擇性。鑒于納米氧化銅在多個領域的巨大應用潛能，納米氧化銅的制備和應用研究成為目前功能材料研究的熱點之一。
[0005]關于納米氧化銅的制備方法研究已有固相反應法、水熱法、醇熱法、沉淀法、噴霧熱解法、控制雙射流的液相沉淀技術、聲化學法等，目前仍處于實驗室研究階段，有許多問題尚待解決。近年來，又開發(fā)和探索出很多制備納米氧化銅的新方法，如壓力.熱液法、微乳液法、激光蒸凝法、微波沸騰回流法、電化學法、模板法等。
[0006]當粒子的尺寸進入納米數(shù)量級時，其本身就會具有表面效應、體積效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應，因而表現(xiàn)出許多一般固體材料所不具備的奇特物性，主要包括光學、電學、磁學、熱學、催化和力學等性質。
[0007]1.表面效應
[0008]粒子表面原子與內部原子所處的環(huán)境不同，當粒子減小，粒子直徑進入納米數(shù)量級時，表面原子的數(shù)目及作用就不能忽略，而且這時粒子的比表面積、表面能和表面結合能都會發(fā)生很大的變化。人們把由此引起的特殊效應統(tǒng)稱為表面效應。
[0009]一般情況下，隨著粒徑的減小，粒子的表面原子數(shù)迅速增加，比表面積急劇變大，表面效應不容忽略。從物理概念上講，表面原子與體內原子不?樣，表面原子的能量比體內原子要高，因此納米粉體具有高的表面能。
[0010]2.體積效應
[0011]當物質的體積減小時，.將會出現(xiàn)兩種情況:一種是物質本身的性質不發(fā)生變化，而只是與體積密切相關的性質發(fā)生變化，如對于半導體材料來說，其電子自由程變小?’另一種是物質本身的性質也發(fā)生了變化。因為納米微粒是由有限個原子或分子組成的，它改變了物質原來由無數(shù)個原子或分子組成的屬性，所以納米材料的性質發(fā)生了很大的變化。這就稱為納米粒子的體積效應。
[0012]3.量子尺寸效應
[0013]當粒子尺寸降低到某一值時，金屬費米能級附近的電子能級由準連續(xù)變?yōu)殡x散能級的現(xiàn)象和半導體微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道和最低未被占據(jù)分子軌道能級、能隙變寬的現(xiàn)象均稱為量子尺寸效應。
[0014]在納米半導體中，量子尺寸效應的存在使得銀納米微粒在達到一定尺度時由導體變?yōu)榻^緣體；而半導體二氧化鈦禁帶寬度在粒徑小到納米級時顯著變寬。在納米磁性材料中，隨著晶粒尺寸的減小，樣品的磁有序狀態(tài)將發(fā)生本質性的變化。粗晶狀態(tài)下的鐵磁性材料，當顆粒尺寸小于某一臨界值時可以轉變?yōu)槌槾艩顟B(tài)。這種奇特的磁性轉變主要是由量子尺寸效應造成的，從而使得納米材料與常規(guī)的多晶材料在磁性結構上存在很大的差升。
[0015]4.宏觀量子隧道效應
[0016]宏觀物體，當動能低于勢能的能皇時，根據(jù)經(jīng)典力學規(guī)律是無法逾越勢皇的；而對于微觀粒子，如電子，即使勢皇遠較粒子動能高，量子力學計算表明，粒子的態(tài)函數(shù)在勢皇中或勢皇后就非零，這表明微觀粒子具有進入和穿越勢皇的能力，稱之為隧道效應。宏觀物理量如磁化強度等，在納米尺度時將會受到微觀機制的影響，也即微觀的量子效應可以在宏觀物理量中表現(xiàn)出來，稱之為宏觀量子
[0017]5.隧道效應。
[0018]早期人們曾在研究中用宏觀量子隧道效應來解釋鎳超微粒子在低溫繼續(xù)保持超順磁性。近年來人們發(fā)現(xiàn)Fe.Ni薄膜中疇壁運動速度在低于某一臨界溫度時基本上與溫度無關。于是，有人提出量子力學的零點振動可以在低溫起著類似熱起伏的效應，從而使熱力學零度附近微顆粒磁化矢量的重取向，保持有限的弛豫時間，即在熱力學零度仍然存在非零的磁化反轉率，相似的觀點可用來解釋高磁晶各相異性單晶體在低溫產(chǎn)生階梯式的反轉磁化模式，以及量子干涉器件中的一些效應。
[0019]上述的表面效應、體積效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應都是納米微粒與納米固體的基本特征，它使納米微粒和納米固體呈現(xiàn)出許多奇異的物理、化學性質，因而使得納米材料具有非常廣闊的應用前景。
[0020]氧化銅化學式為CuO，是一種棕黑色粉末，密度為6.3?6.49 II cm3，熔點為1326°C，溶于稀酸，不溶于水和乙醇。氧化銅的晶體結構屬單斜晶系，每個晶胞含有4個氧化銅單元。它是一種反磁性半導體，其能隙大約為1.5eV0
[0021]普通氧化銅是一種用途廣泛的多功能精細無機材料，主要應用在印染、玻璃、陶瓷、醫(yī)藥及催化等領域。
[0022]納米氧化銅的粒徑介于1脅?100m之間，具有表面效應、體積效應、量子尺寸效應和宏觀量子隧道效應等特性，與普通氧化銅相比，它具有特殊的電學、光學、催化等性質。納米氧化銅的電學性質使其對外界環(huán)境如溫度、濕度、光等十分敏感，因此采用納米氧化銅粒子包覆傳感器，可以大大提高傳感器的響應速度、靈敏度和選擇性。納米氧化銅的光譜性質表現(xiàn)為其紅外吸收峰明顯寬化，并有明顯的藍移現(xiàn)象。對氧化銅進行納米化制備，發(fā)現(xiàn)粒徑較小、分散性較好的納米氧化銅對高氯酸錢的催化性能更高。納米氧化銅已引起人們的廣泛關注，并成為用途更為廣泛的無機材料之一。
[0023]當普通氧化銅粉體的粒徑達到納米級時，將使它功能更加獨特，應用更加廣泛。納米氧化銅已被應用于催化劑、傳感材料等領域，并顯示出很好的應用前景。納米氧化銅的表面效應使其具有比表面積大、吸附能力強、反應活性高和選擇性強等特點。另外，納米粒子的表面原子與顆粒的內部原子狀態(tài)不同，表面原子配位不全等因素使其表面活性位置增加。這些條件都使得納米氧化銅能夠成為良好的催化劑。

【發(fā)明內容】

[0024]本發(fā)明的目的在于提出一種氧化銅粉體的制備工藝。
[0025]為達此目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0026]一種氧化銅粉體的制備工藝，首先制備前驅體，在微波和分散劑作用下制備得到氧化銅，最終通過焙燒得到氧化銅粉體，包括:硝酸銅中加入無水乙醇，攪拌一一逐滴加入氫氧化鈉溶液，磁力攪拌——沉淀過濾——去離子水清洗4次——干燥——前驅體加入分散液一一超聲反應一一抽濾一一去離子水洗滌10次一一制備得到氧化銅。焙燒溫度為300——320度，時間為45——55min。分散劑為檸檬酸三胺，超聲反應的時間為40——50mino
【具體實施方式】
[0027]實施例1
[0028]一種氧化銅粉體的制備工藝，首先制備前驅體，在微波和分散劑作用下制備得到氧化銅，最終通過焙燒得到氧化銅粉體，包括:硝酸銅中加入無水乙醇，攪拌一一逐滴加入氫氧化鈉溶液，磁力攪拌——沉淀過濾——去離子水清洗4次——干燥——前驅體加入分散液一一超聲反應一一抽濾一一去離子水洗滌10次一一制備得到氧化銅。焙燒溫度為320度，時間為55min。分散劑為檸檬酸三胺，超聲反應的時間為50min。
[0029]實施例2
[0030]一種氧化銅粉體的制備工藝，首先制備前驅體，在微波和分散劑作用下制備得到氧化銅，最終通過焙燒得到氧化銅粉體，包括:硫酸銅中加入乙二醇，攪拌一一逐滴加入
1.2mol/L的氫氧化鈉溶液，磁力攪拌50min—一沉淀過濾一一去離子水清洗4次一一干燥——前驅體加入分散液——微波反應——抽濾——去離子水洗滌10次——制備得到氧化銅。焙燒溫度為320度，時間為55min。分散劑為檸檬酸三胺，微波反應的溫度為300度，時間為25min。
【主權項】
1.一種氧化銅粉體的制備工藝，其特征在于首先制備前驅體，在微波和分散劑作用下制備得到氧化銅，最終通過焙燒得到氧化銅粉體，包括:硝酸銅中加入無水乙醇，攪拌一一逐滴加入氫氧化鈉溶液，磁力攪拌--沉淀過濾--去離子水清洗4次--干燥--前驅體加入分散液一一超聲反應一一抽濾一一去離子水洗滌10次一一制備得到氧化銅。2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的焙燒溫度為300—一320度，時間為 45--55min。3.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的分散劑為檸檬酸三胺，超聲反應的時間為40——50min。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氧化銅粉體的制備工藝，首先制備前驅體，在微波和分散劑作用下制備得到氧化銅，最終通過焙燒得到氧化銅粉體，包括：硝酸銅中加入無水乙醇，攪拌——逐滴加入氫氧化鈉溶液，磁力攪拌——沉淀過濾——去離子水清洗4次——干燥——前驅體加入分散液——超聲反應——抽濾——去離子水洗滌10次——制備得到氧化銅。焙燒溫度為300——320度，時間為45——55min。分散劑為檸檬酸三胺，超聲反應的時間為40——50min。該工藝制備得到的氧化銅粉末晶粒細小均勻，分散良好，質量穩(wěn)定，脫硫效率高，精度高，效果穩(wěn)定。
【IPC分類】C01G3/02
【公開號】CN105271358
【申請?zhí)枴緾N201510718859
【發(fā)明人】沈秋
【申請人】無錫橋陽機械制造有限公司
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年10月29日