[發明專利]引晶生長法制備單分散超細鎳粉的方法及其微反應系統

有效

• 申請號: 201410233286.8
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN104014808A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 李芳;曹海琳;王安祺
• 申請（專利權）人: 深圳航天科技創新研究院
• 主分類號: B22F9/24
• 分類號: B22F9/24
• 代理公司: 北京瑞思知識產權代理事務所(普通合伙) 11341
• 代理人: 李濤;袁紅紅

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技術領域

本發明涉及一種引晶生長制備單分散超細球形鎳粉的方法及其微反應系統，屬于粉體材料的制造技術領域。

背景技術

近年來，隨著電子工業領域競爭的日益激烈，繼續降低材料的成本。因此，傳統的貴金屬材料如金、銀、鉑等逐漸被價格較為低廉且性能較好的銅、鎳等金屬元素代替。另外，為了實現電子產品的小型化，需要這些金屬粉體具有小的粒徑和粒徑分布，因此合成單分散的超細金屬粉體成為目前制造領域關注的一個重大問題。

納米金屬粉體的合成方法大致可以分為兩類：即物理方法和化學方法。物理法大多利用外部物理的作用力將金屬鎳粉粉碎成超細顆粒，其過程沒有發生任何化學變化。典型的有蒸發-冷凝法、氣霧法、激光燒蝕法和機械破碎法等。化學法是利用化學反應實現原子之間的重新組裝從而制備超細顆粒的方法，典型的有電解法、乳液法、化學氣相沉積法和液相還原法等。這些傳統的方案制備出的鎳粉具有顆粒不均勻、尺寸分布寬，振實密度不高且成本較高等特點。引晶生長法是在1950年由Lamer（J.?Am.?Chem.?Soc.,1950,?72,?4847）提出的均相溶液中單分散溶膠的合成機制的基礎上發展起來的，目前已經廣泛的應用于金、銀及各種半導體和磁性氧化物的合成中（J.?Phys.?Chem.?B,?2001,?105,?11630;?J.?Am.?Chem.?Soc.,2002,?124,?8204;?Nat.?Mater.,?2004,?3,?891.）。該方法的實施思路是通過對反應過程的控制將納米顆粒的成核和生長過程分離，從而有效的控制晶核的長大過程，制得單分散的納米粒子。

新近發展起來的微反應器制備納米粒子的方法具有極強的傳質能力，不存在“放大效應”，可以使原料得到高效的混合，反應過程簡單可控，產物穩定性高；另外該方法易于實現對粉體制備過程中的形核與生長階段的分離、生長過程的嚴格控制，非常有利于合成單分散的超細納米顆粒。且傳統液相法一般通過添加表面活性劑和反應過程施加超聲實現對納米粒子分散的控制，這樣會導致產物中表面活性劑難以洗凈，而超聲效果也會受到超聲功率和有效距離的限制。通過微反應器裝置可以有效的解決這些問題。目前，用于氣相合成的微反應器在工業上的應用已成為現實。但與氣相微反應的研究和應用相比，液相微反應的研究顯然少得多。

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發明內容

本發明主要目的是提供一種制備單分散超細球形鎳粉的微反應裝置，另一目的是提供一種采用所述微反應系統制備超細鎳粉的方法。采用本方法可以制備出單分散的球形金屬鎳粉，粒徑可以控制在100~1000nm之間，振實密度約在2.5~4.9g/cm³。

為了實現上述目的，本發明實施方案具體介紹如下：

1.?晶種溶液A的配制：

將晶種顆粒用攪拌法均勻分散到含有一定量還原劑的水溶液中，得到晶種顆粒的懸浮液。晶種顆粒可以為銀、金、鈷、鎳、銅等金屬納米顆粒，濃度約為1*10^-5~5g/L，優選為1*10^-4~1g/L，晶種顆粒大小5~100nm，優選為10~50nm；所述還原劑可為水合肼、硼氫化鈉等，濃度約為10~80%。

2.?氫氧化物前驅體溶液B的制備：

用二價鎳鹽溶液與氫氧化鈉和碳酸鈉的混合溶液反應，生成Ni(OH)₂和NiCO₃·Ni(OH)₂沉淀。所述鎳源可為氯化鎳、硫酸鎳、硝酸鎳、醋酸鎳等，濃度約0.1~2.5mol/L；氫氧化鈉和碳酸鈉混合液中的氫氧化鈉與碳酸鈉的重量比可以為(0.2~10):1；溶液的pH值為8.5~13.5。

3.?超細鎳粉的制備：

將分散劑與溶液A或溶液B混合，然后將所得的A溶液、B溶液分別通過計量泵按一定比例同時注入微反應器內，在微反應器中停留反應一定時間；所得產物經過濾，洗滌、干燥后可得單分散的球形超細金屬鎳粉。所述分散劑可為聚乙烯吡咯烷酮（PVP），聚丙烯酰胺（PAAm），明膠，十二烷基苯磺酸鈉，十二烷基三甲基溴化銨，月桂酸鈉等，濃度為0.01~5wt%，用量0.1~10L；微反應器溫度可控制在40~95℃；A溶液和B溶液按還原劑和鎳的摩爾比2~10：1。