微乳液法制備納米銅粒的條件探究

張慧捷（山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院冶金工程系，山西太原030009）

微乳液法制備納米銅粒的條件探究

張慧捷（山西工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院冶金工程系，山西太原030009）

本文以液體石蠟為油相，硝酸銅溶液為水相，Span-80、Tween-80為表面活性劑，正丁醇為助表面活性劑配制W/ O型微乳液，采用微乳液法結(jié)合熱處理的方式制備納米銅粒子，并對其進(jìn)行XRD表征，探究了熱處理溫度和硝酸銅濃度對納米銅粒徑的影響。研究表明，本文在熱處理溫度250℃、硝酸銅濃度0.5mol/L的條件下，制得的納米銅粒徑最小，為23.6nm。

納米銅粒；微乳液，熱處理

納米銅粒以其優(yōu)良的特性廣泛用于很多領(lǐng)域，如作為添加劑加入潤滑油中，在摩擦過程中使摩擦副表面形成自潤滑、自修復(fù)膜，顯著提高摩擦副的抗磨減摩性能；利用高活化表面，在無氧條件下在低于粉體熔點(diǎn)的溫度實(shí)施涂層，用于微電子器件的生產(chǎn)。因此，納米銅粒的制備尤為重要，受到廣泛關(guān)注。本文采用微乳液法[1,2]結(jié)合熱處理[3]的方式制備納米銅粒子，并對制備條件進(jìn)行了探究。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 微乳液體系的建立

本文選用正丁醇為助表面活性劑，選用不易受強(qiáng)電解質(zhì)無機(jī)鹽及酸、堿影響的非離子表面活性Span-80和Tween-80為表面活性劑，按照Shah法[4]配制澄清透明的W/O型微乳液。具體配方為：V(液體石蠟):V(Span-80+Tween-80+正丁醇):V(硝酸銅)=20:4:1，m(Span-80+Tween-80):m(正丁醇)=1.5:1，復(fù)配表面活性劑HLB=6.5。

1.2 納米銅粒的制備

將微乳液轉(zhuǎn)移入圓底燒瓶中，用電熱套在一定溫度下熱處理3h。然后撤去電熱套，冷卻至室溫。高速離心混合物15min，轉(zhuǎn)速10000r/min。用石油醚和無水乙醇交替洗滌產(chǎn)品數(shù)次，至上清液顏色很淡為止。產(chǎn)品自然風(fēng)干，裝入試樣袋，放進(jìn)干燥器待表征。

1.3 納米銅粒的表征

常溫下用Rigaku D/max2500型X射線衍射儀對樣品進(jìn)行XRD表征。

1.4 納米銅粒徑的計算

由謝樂公式計算納米銅粒子的粒徑：

式中，λ為X射線的波長，B為衍射峰的半峰寬，θ為衍射角。

2 結(jié)果與討論

2.1 熱處理溫度的影響

選用硝酸銅濃度為1.5mol/L，按照1.1的微乳液配方配制微乳液。改變熱處理溫度為220℃、240℃、250℃、300℃，按照1.2所述方法制備納米銅粒，探究熱處理溫度對納米銅粒徑的影響。經(jīng)XRD表征得，單質(zhì)銅的衍射峰強(qiáng)度大，雜質(zhì)很少，說明在試驗(yàn)溫度下，液體石蠟分解產(chǎn)生的不飽和烴類和氫自由基可以完全還原二價銅。根據(jù)XRD譜圖的半峰寬由謝樂公式計算得到產(chǎn)品粒徑分別為31.4nm、29.1nm、27.6nm、30.7nm。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看出，隨著溫度的升高，納米銅粒徑先減小后增大，這說明存在一個適當(dāng)?shù)臒崽幚頊囟仁辜{米銅粒徑最小。本文在250℃熱處理所得納米銅粒徑最小。原因可能是，在一定溫度范圍內(nèi)，成核速度比生長速度快，此時得到的產(chǎn)品粒徑較小，而當(dāng)溫度超過一定值時，生長速度增快，產(chǎn)生的小核很快聚集為大核，導(dǎo)致產(chǎn)品粒徑較大。再者，溫度過高，團(tuán)聚現(xiàn)象嚴(yán)重。

2.2 硝酸銅濃度的影響

按照1.1的微乳液配方，改變硝酸銅濃度分別為1.5mol/L、1.0 mol/L、0.75 mol/L、0.5 mol/L，分別配制微乳液。熱處理溫度250℃，按照1.2所述方法制備納米銅粒，探討硝酸銅濃度對納米銅粒徑的影響。經(jīng)XRD表征得，所有樣品都只有單質(zhì)銅的衍射峰，雜質(zhì)很少，峰強(qiáng)度都較大。根據(jù)XRD譜圖的半峰寬由謝樂公式計算得到納米銅粒徑分別為27.6nm、25.9nm、24.8nm、23.6nm。說明Cu(NO3)2的濃度對反應(yīng)產(chǎn)物起到關(guān)鍵作用，隨著Cu(NO3)2濃度的減小，納米銅粒徑減小。這是因?yàn)镃u(NO3)2濃度過大，則反應(yīng)速度快，成核快，形成的小核聚集成為大核的趨勢增大[5]，導(dǎo)致了納米銅粒徑的增大。

3 結(jié)語

在V(液體石蠟):V(Span-80+Tween-80+正丁醇):V(硝酸銅)= 20:4:1、m(Span-80+Tween-80):m(正丁醇)=1.5:1、復(fù)配表面活性劑HLB=6.5的微乳液配方下，采用熱處理的方式制備納米銅粒。研究表明，熱處理溫度和硝酸銅濃度對納米銅粒徑的大小起到關(guān)鍵作用。納米銅粒徑隨熱處理溫度的升高先減小后增大，隨硝酸銅濃度的減小而減小；本文在熱處理溫度250℃、硝酸銅濃度0.5mol/L的條件下，制得的納米銅粒徑最小，為23.6nm，且團(tuán)聚現(xiàn)象不嚴(yán)重。

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