專利名稱：：一種制備形貌可控的鎳納米片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及納米材料制備
技術(shù)領(lǐng)域：
，特指以液相化學(xué)還原法為基礎(chǔ)，結(jié)合界面生長法進(jìn)行形貌可控鎳納米片的制備，以非離子表面活性劑吐溫-40(Tween-40)為修飾劑，以醋酸鎳為原料、85%水合肼為還原劑，在油-水相界面上進(jìn)行鎳納米片的形貌控制。
背景技術(shù)：
：納米金屬材料的晶粒尺寸與形貌、表面狀態(tài)和微結(jié)構(gòu)直接影響到納米金屬的物化性質(zhì)與用途，如W.H.Qi等發(fā)表在J.NanoparticleResearch(7(2005):51)上就有表述，F(xiàn).Michael等在ProgressinSolidStateChemistry(27(1)(1999):1)指出納米粒子獨(dú)特的光、磁、電子和催化性能具有高度尺寸相關(guān)性。目前各種納米結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑對構(gòu)筑基元的納米微粒的形貌、結(jié)構(gòu)和尺寸都提出了更高的要求，納米金屬的形貌控制合成與應(yīng)用研究尚處于起步階段，通過形貌控制可選擇性地合成出四面體、立方體、棒以及三棱柱等形貌、尺寸和結(jié)構(gòu)可控的納米金屬，以及進(jìn)行納米分子結(jié)構(gòu)的重組裝是人們的研究熱點(diǎn)，具有深遠(yuǎn)的理論意義及應(yīng)用價值。納米Ni在催化劑、磁性材料、燒結(jié)活化劑、導(dǎo)電漿料、表面涂層材料、電池、硬質(zhì)合金粘結(jié)劑、固體潤滑劑等方面具有廣闊的應(yīng)用前景，是國內(nèi)外新穎功能材料開發(fā)的熱點(diǎn)之一。納米Ni的尺寸和形貌與其性能有關(guān)，如粒徑為15nm的Ni晶粒具有超順磁特性，粒徑為85nm的Ni晶粒則因有單磁疇結(jié)構(gòu)而具有很高的矯頑力，Ni納米線具有很高的電化學(xué)活性、良好的可逆性和較大的放電容量(物理化學(xué)學(xué)報，18(3)(2002):268)，不同形貌的納米鎳作為添加劑對潤滑油的摩擦學(xué)性能產(chǎn)生不同的影響(江蘇大學(xué)校報(自然版)(29(2008):312))。因此，進(jìn)行形貌、尺寸和結(jié)構(gòu)可控的納米鎳的制備研究意義重大。經(jīng)檢索，目前雖有制備納米金屬鎳的報道或?qū)＠ū菊n題組已公開的文章或?qū)＠?如一種納米鎳的制備方法，ZL200510094604.8;微波輔助液相還原法制備針狀納米鎳，ZL200710134019.5)，但大都局限于制備出納米級的金屬鎳，產(chǎn)物形狀大多為球形，或在球形產(chǎn)物中間或出現(xiàn)類球形、雪花狀、三角形等其他形貌，未能出現(xiàn)預(yù)期形貌產(chǎn)物的實(shí)現(xiàn)，對于形貌可控納米鎳的制備的深入研究甚少，更未涉及到形貌可控納米鎳的制備機(jī)理研究。目前尚未有以液相化學(xué)還原法結(jié)合界面生長法制備形貌可控鎳納米片的報導(dǎo)。本發(fā)明具有環(huán)保、設(shè)備簡單、反應(yīng)條件溫和、利于形貌控制、工藝流程簡便、易于工業(yè)化等優(yōu)點(diǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明提出了一種利用液相化學(xué)還原法結(jié)合界面生長法制備鎳納米片的方法，以Tween-40為修飾劑、醋酸鎳為原料、水合肼為還原劑，以提供制備形貌可控納米鎳的制備方法，并考察了所制備的鎳納米片為添加劑改善基礎(chǔ)油液體石蠟的潤滑性能，以探索納米材料的性能與其形貌之間的關(guān)聯(lián)。其制備方法如下在Tween-40水溶液中加入醋酸鎳，得到混合溶液1，Tween-40與醋酸鎳的摩爾比3為0.52.5:1;配置NaOH水溶液，水浴加熱后快速加入水合肼，再調(diào)節(jié)NaOH水溶液的pH值為1012，水合肼與醋酸鎳的摩爾比為58:1;持續(xù)攪拌向調(diào)節(jié)pH值后的NaOH水溶液中滴加混合溶液1，待溶液反應(yīng)完全變?yōu)楹谏?，冷卻，加入有機(jī)相，攪拌均勻后保溫靜置；轉(zhuǎn)移出上層黑色溶液，洗滌、離心分離，干燥，即得鎳納米片。上述制備方法中，混合溶液1中醋酸鎳水溶液濃度為0.20.5mol/L，以0.3mo1/L為佳。上述制備方法中，Tween-40水溶液的體積百分比為210%，以2%為佳。上述制備方法中，pH值以1011為佳。上述制備方法中，水合肼與醋酸鎳的摩爾比以67:l為佳。上述制備方法中，反應(yīng)溫度為7085°C，以8(TC為佳；反應(yīng)時間以23h為佳。上述制備方法中，滴加速度為2050滴/min，2030滴/min為佳。上述制備方法中，有機(jī)相與醋酸鎳水溶液體積比為12:1為佳。上述制備方法中，有機(jī)相無特殊要求，只需在該環(huán)境中不與體系反應(yīng)并能形成油-水相界面，如正丁醇。上述制備方法中，冷卻至2060°C，以40。C為佳。上述制備方法中，靜置時間為2472h，以48h為佳。上述制備方法中，在5(TC下真空干燥4小時。其形貌可控鎳納米片的制備機(jī)理如下正常情況下，納米粒子的生長經(jīng)歷四個階段，因此絕大多數(shù)產(chǎn)物為球形，間或因為反應(yīng)體系的不穩(wěn)定因素，出現(xiàn)個別其他形貌。本發(fā)明制備過程中引入油-水界面生長法，改變了原有的第三、第四階段，即在穩(wěn)定階段，反應(yīng)體系新生成的納米鎳核，在吐溫-40表面活性劑的特定結(jié)構(gòu)、雙親作用下，來到水-油界面層進(jìn)行聚集生長(二次生長)，減小了鎳晶核的表面自由能，然后再經(jīng)歷Ostwald熟化或散焦的主要過程，在分布中相對大的粒子生長而相對小的粒子在界面層中消失，從而形成單一形貌的鎳納米片。圖1:Tween-40為修飾劑的鎳納米片的掃描電鏡圖(30000倍)圖2:Tween-40為修飾劑的鎳納米片的激光粒度檢測圖。圖3:Tween-40為修飾劑的鎳納米片Rl和球形納米鎳R2(制備見江蘇大學(xué)校報(自然版)29(4)(2008):312報道)的X—射線衍射圖圖4:鎳納米片改善液體石蠟潤滑性能的摩擦系數(shù)隨時間的變化曲線圖。R0為未添加納米鎳產(chǎn)品的液體石蠟，R1為添加Tween-40為修飾劑的鎳納米片的液體石蠟，R2為球形納米鎳的液體石蠟。具體實(shí)施例方式下面結(jié)合具體實(shí)施實(shí)例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。實(shí)施例一配制2%(體積百分比)的Tween-40水溶液50ml，在該水溶液中加入0.015mol的醋酸鎳固體，充分溶解成溶液。過濾，取其濾液轉(zhuǎn)移至恒壓滴液漏斗。將NaOH水溶液30mL轉(zhuǎn)移至四頸燒瓶中，水浴加熱至8(TC，將7.0673g85%(質(zhì)量百分比)的水合肼一次性加入燒瓶，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH二12。將醋酸鎳溶液以30滴/min的速度滴入燒瓶。恒溫反應(yīng)2h。冷卻至4(TC加入正丁醇70ml，攪拌2min，于4(TC保溫靜置48小時。轉(zhuǎn)移出上層黑色溶液，洗滌、離心分離，5(TC真空干燥4小時，即得鎳納米片。從圖1中可以看出產(chǎn)物為大量大小均一、形狀雷同的納米片，對圖1中納米片進(jìn)行測量，經(jīng)圖2激光粒度檢測圖驗證，納米片厚度為1527nm、片長為380500nm。X-射線衍射結(jié)果見圖3和表l，從中可以看出產(chǎn)物為單質(zhì)鎳，空間群為Fm-3m(225)，為面心立方結(jié)構(gòu)，采用基本參數(shù)法FP計算，晶格參數(shù)膨脹率為0.977%(塊體晶格參數(shù)值a。=3.5238nm)，各晶面的2e亦相應(yīng)增加；球形納米鎳的晶格參數(shù)收縮率為0.940%，各晶面的2e亦相應(yīng)減小。表l鎳納米片和球形納米鎳各晶面的29和晶格常數(shù)<table>tableseeoriginaldocumentpage5</column></row><table>實(shí)施例二配制6%(體積百分比)的Tween-40水溶液50ml，在該水溶液中加入0.OlOmol的醋酸鎳固體，充分溶解成溶液。過濾，取其濾液轉(zhuǎn)移至恒壓滴液漏斗。將NaOH水溶液30mL轉(zhuǎn)移至四頸燒瓶中，水浴加熱至8(TC，將4.7115g85%(質(zhì)量百分比)的水合肼一次性加入燒瓶，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH=11.5。將醋酸鎳溶液以20滴/min的速度滴入燒瓶。恒溫反應(yīng)2h。冷卻至4(TC加入正丁醇100ml，攪拌2min，于3(TC保溫靜置60小時。轉(zhuǎn)移出上層黑色溶液，洗滌、離心分離，5(TC真空干燥4小時，即得鎳納米片。取該鎳納米片添加到液體石蠟中(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)0.5X)(R1)，與未添加納米鎳的液體石蠟(R0)以及球形納米鎳添加到液體石蠟中(質(zhì)量百分?jǐn)?shù)0.5%)(R2)分別在UMT-II摩擦磨損實(shí)驗機(jī)上進(jìn)行摩擦實(shí)驗，實(shí)驗結(jié)果見圖4，說明鎳納米片與球形納米鎳相比，改善液體石蠟的摩擦學(xué)性能能力更強(qiáng)，使其摩擦系數(shù)降低的幅度更大。實(shí)施例三配制8%(體積百分比)的Tween-40水溶液100ml，在該水溶液中加入0.020mol的醋酸鎳固體，充分溶解成溶液。過濾，取其濾液轉(zhuǎn)移至恒壓滴液漏斗。將NaOH水溶液60mL轉(zhuǎn)移至四頸燒瓶中，水浴加熱至8(TC，將7.0673g85%(質(zhì)量百分比)的水合肼一次性加入燒瓶，調(diào)節(jié)反應(yīng)體系的pH二12。將醋酸鎳溶液以50滴/min的速度滴入燒瓶。恒溫反應(yīng)3h。冷卻至40。C加入正丁醇100ml，攪拌2min，于55。C保溫靜置72小時。轉(zhuǎn)移出上層黑色溶液，洗滌、離心分離，5(TC真空干燥4小時，即得鎳納米片。權(quán)利要求一種制備形貌可控的鎳納米片的方法，其特征在于在Tween-40水溶液中加入醋酸鎳，得到混合溶液1，Tween-40與醋酸鎳的摩爾比為0.5～2.5∶1；配置NaOH水溶液，水浴加熱后快速加入水合肼，再調(diào)節(jié)NaOH水溶液的pH值為10～12，水合肼與醋酸鎳的摩爾比為5～8∶1；持續(xù)攪拌向調(diào)節(jié)pH值后的NaOH水溶液中滴加混合溶液1，待溶液反應(yīng)完全變?yōu)楹谏?，冷卻，加入有機(jī)相，攪拌均勻后保溫靜置；轉(zhuǎn)移出上層黑色溶液，洗滌、離心分離、干燥，即得鎳納米片。2.權(quán)利要求l所述的制備方法，其特征在于混合溶液l中醋酸鎳水溶液濃度為O.20.5mol/L。3.權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于Tween-40水溶液的體積百分比為210%。4.權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于所述pH值調(diào)節(jié)為1011。5.權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于水合肼與醋酸鎳的摩爾比為67:1。6.權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于反應(yīng)溫度為7085t:，反應(yīng)時間為23h。7.權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于滴加混合溶液1的速度為2050滴/miru8.權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于有機(jī)相與醋酸鎳水溶液體積比為12:i，有機(jī)相需在該環(huán)境中不與體系反應(yīng)并能形成油-水相界面。9.權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于冷卻至2060°C。10.權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于靜置時間為2472h。全文摘要一種制備形貌可控的鎳納米片的方法，涉及納米材料制備
技術(shù)領(lǐng)域：
。本發(fā)明以液相化學(xué)還原法為基礎(chǔ)，結(jié)合界面生長法以非離子表面活性劑吐溫-40(Tween-40)為修飾劑，以醋酸鎳為原料、水合肼為還原劑，在油-水相界面上進(jìn)行鎳納米片的形貌控制。本方法具有環(huán)保、反應(yīng)條件溫和、反應(yīng)易于控制、成本低、工藝和流程簡便的優(yōu)點(diǎn)。文檔編號B22F9/24GK101786169SQ20101012395公開日2010年7月28日申請日期2010年3月12日優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日發(fā)明者嚴(yán)沖,張錫鳳,程曉農(nóng),陸建明申請人:江蘇大學(xué)