專利名稱：納米銅的制造方法
技術領域：
本發明涉及一種納米銅的制造方法，也即是一種銅超微粒子的制備方法，屬輻射化學制造納米材料工藝技術領域。
背景技術：
銅是人類最早發現和使用的金屬之一，銅和銅合金廣泛應用于電氣工業、機械、建材和運輸工具制造業等，這主要依賴于銅的良好的導電、導熱性能和機械性能。納米銅粉在制作高級潤滑油、導電膠以及在潔凈能源催化材料等領域有廣闊的應用前景。
納米銅的制備方法有多種，如激光氣相合成法、等離子體法、溶膠凝膠法、機械化學法等，但制備納米銅的方法較為活躍的還是液相還原法，在某些文獻報道中可應用不同還原劑對銅鹽進行還原制得納米銅粉。用輻照化學技術制備納米材料是一種較新的方法，目前比較廣泛使用的為γ射線輻射法，它是利用鈷60Co同位素釋放的γ射線輻照反應體系，以獲取納米材料，該方法有些缺點其一，60Co同位素是放射性物質，當它不能被利用時，將成為放射性廢物，對環境和安全不利；其二，用γ射線制備納米材料往往是間斷式的，不能連續生產。從目前情況看，還未見有其他適合的輻射源來制備納米材料。
發明內容
本發明的目的是通過其他輻射源，即電子加速器產生的電子束作為輻射源來制備納米銅。
本發明的一種納米銅的制造方法，主要采用輻射化學來制備，其特征在于該方法具有以下的工藝過程和工藝步驟a.首先，用FA1004上皿式電子天平稱取一定量的硫酸銅，將其溶于蒸餾水中，使其銅離子的濃度達0.005-0.01mol/100ml；然后加入親水性的表面活性劑聚乙烯醇(PVA)，加入量為0.5-1克/100ml；攪拌均勻后再加入作為氧化性自由基OH·清除劑的異丙醇(IPA)，加入量為10-30ml/100ml；然后將溶液裝入特定容器中，并沖入氮氣半小時，然后將容器密封，待輻照；b.將上述盛有配制好的溶液的密封容器放在2.5Mev，40mA地那米電子加速器產生的電子束的輻射下進行輻照處理，其輻照劑量為1-50Mrad；c.然后用無水乙醇洗滌經輻照的試樣，并在高速離心機種離心分離，反復多次，以去除溶液中未反應的離子以及親水表面活性劑聚乙烯醇(PVA)；d.將試樣在真空干燥箱中烘干，溫度為60℃，烘干時間為10-16小時，最終可得紫紅色的納米銅粉末。
上述的銅離子濃度最適宜為0.008-0.01mol/100ml；表面活性劑聚乙烯醇(PVA)最適宜加入量為0.7-0.8克/100ml；異丙醇(IPA)最適宜加入量為20-25ml/100ml。
上述的電子加速器電子束的輻照劑量最適宜為25-30Mrad。
本發明方法主要采用硫酸銅作為銅離子的來源，利用工業電子加速器將水溶液電離所產生的H·水合電子e-ag等具有還原性粒子和自由基，將銅離子逐步還原成銅原子，銅原子聚集成晶核，通過親水性表面活性劑聚乙烯醇(PVA)控制晶核的生長速率以控制顆粒的尺寸，使晶粒達到納米級。
本發明方法的制備過程中，表面活性劑聚乙烯醇(PVA)的加入，可以對粒子進行表面改性，在粒子表面覆蓋一層聚合物，這樣不但可以控制粒子成核的生長，而且可以防止溶液揮發時由于金屬原子顆粒的高表面能、高化學能而發生的粒子團聚現象。加入異丙醇(TPA)的作用是清除氧化性自由基OH·。
本發明有諸多優點1.可在常溫常壓下不使用任何催化劑就能進行制造。2.采用電子束作為輻射源的方法來制備納米銅材料，其工藝流程簡單，容易建立連續式的生產方式，而且生產周期短。3.無污染、無公害。有利于環保，而且安全性好。
具體實施例方式
現將本發明方法的實施例敘述于后實施例一本實施例的具體制備步驟如下a.首先，用FA1004上皿式電子天平稱取一定量的硫酸銅，將其溶于蒸餾水中，使其銅離子的濃度達0.008mol/100ml；然后加入親水性的表面活性劑聚乙烯醇(PVA)，加入量為0.5克/100ml；攪拌均勻后再加入氧化性自由基OH·自由基清除劑異丙醇(IPA)，加入量為20ml/100ml；然后將溶液裝入特定容器中，并沖入氮氣半小時，然后將容器密封，待輻照；b.將上述制備好的膠體溶液在2.5Mev，40mA地那米電子加速器產生的電子束的輻射下進行輻照處理，其輻照劑量為20Mrad；c.然后用無水醇洗滌輻照試樣，并在高速離心機種離心分離，反復多次，以去除溶液中未反應的離子以及親水表面活性劑聚乙烯醇(PVA)；d.將試樣在真空干燥箱中烘干，溫度為60℃，烘干時間為10小時，最終可得紫紅色的納米銅粉末。
在制備納米銅的過程中，對溶液沖入氮是十分必要的，這樣可以有效去除溶液的氧效應的影響。
將所制得的式樣進行各項特性測試，測試情況及其結果如下用x射線衍射分析(XRD)，從衍射峰值可以確定所制備的紫紅色粉末為納米銅和氧化亞銅的混合物，主要物質為納米銅。
利用日立800高分辨透射電子顯微鏡(TEM)進行觀察，可見到所制備的納米銅的顆粒為球形，其平均粒徑為68.8nm。
通過NETZSCH STA 409 PG/PC型熱分析儀測試材料的熔點，所制備的納米銅的熔點為389.5℃，而普通的銅的熔點為1084.5℃。這表明當銅顆粒達到納米級時，材料的性能發生很大的改變。因此可利用材料的這種性能將納米銅在低溫下進行燒結進行納米焊接。
實施例二本實施例的具體制備步驟如下a.首先，用FA1004上皿式電子天平稱取一定量的硫酸銅，將其溶于蒸餾水中，使其銅離子的濃度達0.01mol/100ml；然后加入親水性的表面活性劑聚乙烯醇(PVA)，加入量為1克/100ml；攪拌均勻后再加入氧化性自由基OH·自由基清除劑異丙醇(IPA)，加入量為25ml/100ml；然后將溶液裝入特定容器中，并沖入氮氣半小時，然后將容器密封，待輻照；b.將上述制備好的膠體溶液在2.5Mev，40mA地那米電子加速器產生的電子束的輻射下進行輻照處理，其輻照劑量為40Mrad；c.然后用無水醇洗滌輻照試樣，并在高速離心機種離心分離，反復多次，以去除溶液中未反應的離子以及親水表面活性劑聚乙烯醇(PVA)；d.將試樣在真空干燥箱中烘干，溫度為60℃，烘干時間為16小時，最終可得紫紅色的納米銅粉末。
權利要求
1.一種納米銅的制造方法，主要采用輻射化學來制備，其特征在于該方法具有以下的工藝過程和工藝步驟a.首先，用FA1004上皿式電子天平稱取一定量的硫酸銅，將其溶于蒸餾水中，使其銅離子的濃度達0.005-0.01mol/100ml；然后加入親水性的表面活性劑聚乙烯醇(PVA)，加入量為0.5-1克/100ml；攪拌均勻后再加入作為氧化性自由基OH·清除劑的異丙醇(IPA)，加入量為10-30ml/100ml；然后將溶液裝入特定容器中，并沖入氮氣半小時，然后將容器密封，待輻照；b.將上述盛有配制好的溶液的密封容器放在2.5Mev，40mA地那米電子加速器產生的電子束的輻射下進行輻照處理，其輻照劑量為10-50Mrad；c.然后用無水乙醇洗滌經輻照的試樣，并在高速離心機種離心分離，反復多次，以去除溶液中未反應的離子以及親水表面活性劑聚乙烯醇(PVA)；d.將試樣在真空干燥箱中烘干，溫度為60℃，烘干時間為10-16小時，最終可得紫紅色的納米銅粉末。
2.根據權利要求1所述的一種納米銅的制造方法，其特征在于，所述的銅離子濃度最適宜為0.008-0.01mol/100ml；表面活性劑聚乙烯醇(PVA)最適宜加入量為0.7-0.8克/100ml；異丙醇(IPA)最適宜加入量為20-25ml/100ml。
3.根據權利要求1所述的一種納米銅的制造方法，其特征在于，所述的電子加速器電子束的輻照劑量最適宜為25-30Mrad。
全文摘要
本發明涉及一種納米銅的制造方法，也即是一種銅超微粒子的制備方法，屬輻射化學制造納米材料工藝技術領域。本發明方法主要采用輻射化學來制備納米銅，其工藝過程中，主要以硫酸銅為銅粒子的來源，以異丙醇(IPA)為水溶液中氧化性自由清除劑；并通過親水性的表面活性劑聚乙烯醇(PVA)來控制晶核的生長速度以控顆粒尺寸，并且利用電子加速器產生的電子束進行輻照處理，將輻照后的溶液經洗、離心分離，烘干，即可得紫紅色的納米銅粉末。本發明工藝流程簡單，生產周期短、無污染、無公害、安全性好。
文檔編號B22F9/30GK1557589SQ20041001579
公開日2004年12月29日 申請日期2004年1月13日 優先權日2004年1月13日
發明者周瑞敏, 辛立輝 申請人:上海大學