纳米金属粉末的制备.ppt

1、纳米金属粉末的制备,1前言 2实验部分 3结果讨论与分析,前言,1纳米金属粒子的基本效应 1.1 体积效应 由于粒子尺寸变小所引起的宏观物理性质的变化称为体积效应。当粒子的尺寸与德布罗意波长以及超导态的相干长度或透射深度等物理特性尺寸相当或更小时，晶体周期性的边界条件将破坏；非晶态纳米粒子的表面层附近原子密度减小，导致声光电磁热力学等特性呈现新的体积效应。例如：光的吸收显著增加；磁有序态向无序态超导相向正常相转变；声子谱发生改变；纳米粒子的熔点远远低于块状金属；等离子体共振频率随颗粒尺寸改变 。 1.2 量子尺寸效应 当离子尺寸达到纳米量级时，金属费米能及附近的电子能级由准连续变为分立能级的现

2、象称为量子尺寸效应。能带理论表明：纳米金属离子所包含的原子数有限，能级间距发生分裂。当能级间隔大于热能磁能静电能静磁能光子能量或超导态的凝聚能时纳米粒子所含的电子数的奇偶性不同，低温下的热熔磁化率有极大差别；纳米粒子的光谱线频移催化性质也与粒子所含的奇偶性有关。,1.3表面效应 表面效应是指纳米粒子的表面原子数与总原子数之比随着粒径减小而增大后而引起的性质上的改变。随着粒径的减小，表面原子数迅速增加，粒子的表面张力和表面能增加。原子配位不足及高的表面能，使原子表面具有很高的化学活性，极不稳定，很容易与其他原子结合，这就是活性的原因。表面原子的活性引起了纳米表面输运和构型的变化，也引起了表面原子

3、的自旋构象和电子能谱的变化。例如：化学惰性的Pt 制成纳米微粒Pt成为活性极好的催化剂。 1.4宏观量子隧道效应 微观粒子具有的穿越势垒的能力称为隧道效应，人们发现一些宏观量,例如微粒的磁化强度量子相干器件中心的磁通量也具有隧道效应，称为宏观量子隧道效应。量子隧道效应是未来电子器件的基础，他确定了现存微电子器件进一步微型化的极限。,实验部分,1 实验名称:自身还原法制备纳米金属粉末 2 方法原理: 纳米金属粉末制备方法很多，常见的有金属盐还原法，惰性气体冷凝法法)， 等离子体法，微乳液法，溶胶凝胶法，真空度膜法，气体蒸发法、溅射法、沉淀法、水解法、喷雾法、水热法等众多方法。 本文利用自身还原法

4、,以硫酸铜、硝酸镍和甲酸为原料制备甲酸铜和甲酸镍，利用甲酸盐在分解过程中产生的一氧化碳具有还原性，将甲酸铜与甲酸镍分别还原为单质铜与单质镍，同时由于产生的气体阻止铜粉的团聚，在适当的溶剂可以制备出纳米级铜粉和镍粉。 Cu(HCOO)2Cu+CO+H2OCO2 Ni(HCOO)2Ni+COCO2+H2O 3 实验方法: 3.1 CuSO4和Ni（NO3）2水溶液的配制 取CuSO45H2O 与Ni（NO3）26H2O 10.0g克分别溶于一定量的去离子水中，过滤除去不容杂质，得到CuSO4和Ni（NO3）2水溶液。,3.2 NaOH水溶液的配制 取NaOH 10.0g克溶于一定量的去离子水中，过

5、滤除去不容杂质，得到NaOH水溶液。 3.3 甲酸铜与甲酸镍的制备 将氢氧化钠溶液分别滴加到硫酸铜与硝酸镍溶液中，边滴加边搅拌，直到无沉淀生成为止，将沉淀滤出干燥后，溶于甲酸溶液中可得甲酸铜与甲酸镍溶液，将此甲酸铜和甲酸镍溶液在恒温水浴锅70蒸发结晶至干，可得到甲酸铜和甲酸镍晶体。 3.4 纳米铜粉与纳米镍粉的制备 用玛瑙研钵将甲酸铜磨细，取0.5g甲酸铜粉末,将其分散在含20ml乙二醇和适量水的烧杯中,在超声波分散仪中分散使甲酸铜完全溶解后,放入DF-型集热式磁力搅拌器中,在170下加热16分钟,待溶液全部变成红褐色,将溶液冷却后倒去上层乙二醇溶液,加入正己烷洗涤3次然后用无水乙醇洗涤3次,

6、静置晾干后可得红褐色粉末。 纳米镍粉的制备与纳米铜粉的制备基本一样,只是将甲酸镍溶于植物油中分解,其所得为黑色粉末。,4 产品测试 本实验主要将实验得到的金属胶体用酒精稀释后滴在镀有碳膜的铜网上做透射电镜分析，根据透射电镜图片通过测量计算金属粉末的粒度；将实验得到的金属胶体沉降后用酒精充分洗净后做X射线衍射分析。,实验结果讨论,1 X射线分析 1.1 纳米铜粉的XRD 图谱 下图1是制备纳米铜粉的XRD 图谱。 在图中有两个较强的衍射峰,它们对应的相对强度分别是 898 和 382，2值分为 43.340和 50.440,这些衍射峰的相对强度以及对应的2值与铜的标准XRD图谱一致，因而确定所得

7、产物为单质铜；另外，与铜的标准XRD 图谱相比较，这两个衍射峰变的较窄，其原因主要可能是生成的铜晶粒较大。在图中还存在两个强度很弱的衍射峰(对应的2值分别为31.88和34.06) ,该峰可能是其中杂质引的；另外，纳米铜粒子的活性很大，能与空气中的氧反应生成氧化亚铜。经初步检测，X射线中有极弱的氧化亚铜的杂峰, 据此推测本实验制备的纳米铜中包含少量氧化亚铜。,图1铜粉X射线图谱,铜粉X射线标准图谱,选取图3中两个强峰代入谢乐公式：L hkl = K / cos ，即可求出原始晶粒粒径： 式中：-入射X 射线波长 K -为形状因子，取常数0.8900 - 为半峰宽 -为入射角 结合X 射线衍射参

8、数，可计算晶胞参数。由本X射线资料可以求得铜粉的晶粒度平均为26.7nm。 1.2 纳米镍粉的XRD 图谱 下图2是制备纳米镍粉的XRD 图谱。 在图中有两个较强的衍射峰,它们对应的相对强度分别是 533 和 170 ,2值分为 44.560和 51.880,这些衍射峰的相对强度以及对应的2值与铜的标准XRD图谱完全一致，因而确定所得产物为单质镍。在图中几乎没有其他杂峰，这说明此状态下所得产品纯度很大，另外，由图可知:纳米镍粉没有产生其氧化物。由此可以推测出较纳米铜粉而言，纳米镍具有较好的稳定性。,图 4 镍粉X射线图谱,镍粉X射线标准图谱,同样选取图4中两个强峰代入谢乐公式可以得到镍粉的晶粒

9、度平均13.7nm 2 透射电镜分析 2.1 纳米铜粉透射电镜分析 下图3为纳米铜粉的透射电镜，从图中可以看出纳米铜呈球状，粒度分布均匀,分散性较好，有些颗粒发生了团聚，这是由于纳米铜有很高的比表面能,它们更倾向于聚集在一起以降低表面能,使体系更加稳定。这和文献的报道是相一致的。,图 3 纳米铜粉的透射电镜图,2.2 纳米镍粉透射电镜分析 下图4为纳米镍粉的透射电镜，可以看到纳米镍呈球状，图中还有一些大颗粒，并且有些颗粒黏结在一起，其主要是由于此样品制备时间长，一些颗粒发生了团聚，但是仍然可以得到粒径在50nm以下纳米镍粉，这表明本方法可以也可以制得纳米镍粉。为了得到粒径更小，分散更为均匀的纳米铜粉，亦可在反应中适当加入一些保护剂和分散剂。,图 4 纳米镍粉的透射电镜图,2.3小结 由纳米铜粉与纳米镍粉的XRD与TEM分析可知，通过XRD可以确定此方法制备所得产品分别为单质铜和镍，通过TEM可以测得此方法所制铜粉的粒径在20nm左右，镍粉粒径在50nm左右，并且通过谢乐公式计算所得粒径基本也在此范围之间，故以甲酸盐为原料，采用自身还原法可以制备得到纳米级铜粉和镍 3 结论 （1）分别以甲酸