專利名稱：中空球形銅顆粒的制備方法
技術領域：
本發(fā)明屬于金屬光電功能材料的制備和應用技術領域，特別是涉及中空球形銅顆粒的制備方法。
背景技術：
銅是一種重要的金屬材料，可廣泛應用于電子、催化、冶金、涂料、樹脂、潤滑油和熱傳導等方面。人們對銅材料的形貌控制進行了研究，已經(jīng)制備出球形、短棒狀等多種形貌的銅納米材料。但中空球形銅材料的制備還鮮見報道。
中空材料的制備是近年來人們研究的熱點，它有廣泛的用途，包括作為各種物質(zhì)的緩釋膠囊(如藥物、化妝品、染料和墨水)、人造細胞、顏料和輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料等。目前的中空材料的制備主要采用模板法。具體是先將要制備的中空材料的原料與模板混合，所用模板包括硬質(zhì)模板(如二氧化硅)和軟質(zhì)模板(如聚苯乙烯)。在模板表面合成所需的材料，使材料復合在模板表面。最后通過燒熔或溶劑去除法除去模板，制得中空材料。這種制備方法具有普遍性，可以合成多種中空材料。但這種方法有它的局限性，主要是在去除模板的過程中，殼層很容易被破壞，從而很難得到完整的中空結(jié)構(gòu)[Zhang，D.B.；Qi，L.M.；Ma，J.M.；Cheng，H.M.Advanced.Materials.2002，14，1499]。
在我們的制備方法中，通過控制反應條件，可以一步合成中空的銅顆粒，而不需要任何模板。這樣就避免了去處模板時的破壞作用，從而得到較為完整的中空結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種制備中空球形銅顆粒的方法。采用本方法工藝簡單，操作方便，生產(chǎn)成本低。
本發(fā)明的目的是通過下述技術方案實現(xiàn)的采用液相還原法制備，通過還原劑還原銅鹽，制得的銅顆粒為中空球形。
具體方法的步驟如下
(1).分別配制銅鹽和還原劑水溶液，其中溶液中銅鹽的濃度為2×10-4～1摩/升，優(yōu)選為6×10-4～0.1摩/升；還原劑的濃度為5×10-3～50摩/升，優(yōu)選為8×10-3～10摩/升。
(2).將步驟(1)配制的銅鹽和還原劑水溶液混合，使混合后溶液中的銅鹽濃度為5×10-5～0.2摩/升，優(yōu)選為1×10-4～8×10-2摩/升；還原劑的濃度為1×10-3～20摩/升，優(yōu)選為5×10-3～5摩/升。在0～40℃下攪拌0.5～3小時，得到黃色懸浮液。離心分離，得到中空球形銅顆粒，粒徑在80～300nm，殼層厚度10～50nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。
所述的銅鹽包括硝酸銅、氯化銅、硫酸銅、堿式碳酸銅或酒石酸銅。
所述的還原劑包括硼氫化鈉、硼氫化鉀、水合肼、羥胺(如鹽酸羥胺)、硫酸肼或它們?nèi)我鈨煞N或兩種以上的混合物。
本發(fā)明制備出的產(chǎn)品用途廣泛，是重要的電子工業(yè)材料。還可廣泛應用于催化、冶金、涂料、樹脂、潤滑油、熱傳導、各種物質(zhì)的緩釋膠囊(如藥物、化妝品、染料和墨水)和輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料等領域。
采用本發(fā)明的方法得到的銅顆粒為中空球形，如附圖1和附圖2所示。
本發(fā)明的方法能耗低，產(chǎn)品純度高，均勻且分散性好，顆粒尺寸和殼層厚度可通過銅鹽和還原劑的濃度及反應溫度等實驗條件來控制。
該方法與過去的制備方法顯著不同的是，在本發(fā)明中，中空銅顆粒的制備不需要任何模板，只通過一步反應即可得到。制備方法簡單易行，便于操作。


圖1.本發(fā)明的實施例1的中空球形銅顆粒材料電鏡照片。
圖2.本發(fā)明的實施例2的中空球形銅顆粒材料電鏡照片。
具體實施例方式
實施例1(1).分別配制硫酸銅和硼氫化鈉水溶液，其中溶液中硫酸銅的濃度為5×10-3摩/升；硼氫化鈉的濃度為8×10-2摩/升。
(2).分別將步驟(1)中配制的硫酸銅和硼氫化鈉水溶液混合，使混合后溶液中的硫酸銅濃度為7×10-4摩/升；硼氫化鈉的濃度為8×10-3摩/升。在20℃下攪拌1小時，得到黃色懸浮液。離心分離，得到中空球形銅顆粒，粒徑在180nm，殼層厚度40nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。見附圖1。
實施例2(1).分別配制氯化銅和鹽酸羥胺水溶液，其中溶液中氯化銅的濃度為0.22摩/升；鹽酸羥胺的濃度為0.5摩/升。
(2).分別將步驟(1)中配制的氯化銅和鹽酸羥胺水溶液混合，使混合后溶液中的氯化銅濃度為1.2×10-2摩/升；鹽酸羥胺的濃度為0.5摩/升。在5℃下攪拌0.5小時，得到黃色懸浮液。離心分離，得到中空球形銅顆粒，粒徑在145nm，殼層厚度25nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。見附圖2。
實施例3(1).分別配制硝酸銅和硼氫化鉀水溶液，其中溶液中硝酸銅的濃度為6.2×10-4摩/升；硼氫化鉀的濃度為7.7×10-3摩/升。
(2).分別將步驟(1)中配制的硝酸銅和硼氫化鉀水溶液混合，使混合后溶液中的硝酸銅濃度為1.5×10-4摩/升；硼氫化鉀的濃度為5×10-3摩/升。在10℃下攪拌2小時，得到黃色懸浮液。離心分離，得到中空球形銅顆粒，粒徑在90nm，殼層厚度16nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。
實施例4(1).分別配制堿式碳酸銅和水合肼水溶液，其中溶液中堿式碳酸銅的濃度為5.7×10-3摩/升；水合肼的濃度為8.2×10-2摩/升。
(2).分別將步驟(1)中配制的堿式碳酸銅和水合肼水溶液混合，使混合后溶液中的堿式碳酸銅濃度為2×10-3摩/升；水合肼的濃度為2.5×10-2摩/升。在35℃下攪拌1.5小時，得到黃色懸浮液。離心分離，得到中空球形銅顆粒，粒徑在150nm，殼層厚度34nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。
實施例5(1).分別配制氯化銅和硫酸肼水溶液，其中溶液中氯化銅的濃度為0.1摩/升；硫酸肼的濃度為5摩/升。
(2).分別將步驟(1)中配制的氯化銅和硫酸肼水溶液混合，使混合后溶液中的氯化銅濃度為0.08摩/升；硫酸肼的濃度為0.4摩/升。在40℃下攪拌2.5小時，得到黃色懸浮液。離心分離，得到中空球形銅顆粒，粒徑在260nm，殼層厚度46nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。
實施例6(1).分別配制酒石酸銅、鹽酸羥胺和硼氫化鉀水溶液，其中溶液中酒石酸銅的濃度為3.4×10-2摩/升；鹽酸羥胺的濃度為8.7×10-2摩/升；硼氫化鉀的濃度為7.3×10-2摩/升。
(2).分別將步驟(1)中配制的酒石酸銅、鹽酸羥胺和硼氫化鉀水溶液混合，使混合后溶液中的酒石酸銅濃度為6.2×10-3摩/升；鹽酸羥胺的濃度為3.8×10-2摩/升；硼氫化鉀的濃度為1.2×10-2摩/升。在16℃下攪拌3小時，得到黃色懸浮液。離心分離，得到中空球形銅顆粒，粒徑在220nm，殼層厚度28nm，為黃色沉淀。所得沉淀真空干燥后，得到銅功能材料。
權(quán)利要求
1.一種制備中空球形銅顆粒的方法，其特征是該方法的步驟包括(1).分別配制銅鹽和還原劑水溶液；(2).將步驟(1)配制的銅鹽和還原劑水溶液混合，使混合后溶液中的銅鹽濃度為5×10-5～0.2摩/升，還原劑的濃度為1×10-3～20摩/升；攪拌，得到黃色懸浮液，離心分離，得到中空球形銅顆粒。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的中空球形銅顆粒的粒徑為80～300nm；殼層厚度10～50nm。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的步驟(1)溶液中銅鹽的濃度為2×10-4～1摩/升；還原劑的濃度為5×10-3～50摩/升。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述的銅鹽的濃度為6×10-4～0.1摩/升，還原劑的濃度為8×10-3～10摩/升。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的步聚(2)溶液中銅鹽的濃度為1×10-4～8×10-2摩/升，還原劑的濃度為5×10-3～5摩/升。
6.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的方法，其特征是所述的銅鹽選自硝酸銅、氯化銅、硫酸銅、堿式碳酸銅或酒石酸銅。
7.如權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的方法，其特征是所述的還原劑選自硼氫化鈉、硼氫化鉀、水合肼、羥胺、硫酸肼或它們?nèi)我鈨煞N或兩種以上的混合物。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征是所述的羥胺是鹽酸羥胺。
9.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的步驟(2)攪拌時的溫度是0～40℃。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬光電功能材料的制備和應用技術領域，特別是涉及中空球形銅顆粒的制備方法。采用液相還原法制備，通過還原劑還原銅鹽，制得的銅顆粒為中空球形。本發(fā)明的方法能耗低，產(chǎn)品純度高，均勻且分散性好，顆粒尺寸和殼層厚度可通過銅鹽和還原劑的濃度及反應溫度等實驗條件來控制。
文檔編號B22F9/24GK1861299SQ200510011718
公開日2006年11月15日 申請日期2005年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月13日
發(fā)明者唐芳瓊, 任湘菱 申請人:中國科學院理化技術研究所