[發明專利]使用金屬絲電爆炸法制備碳包覆銅納米顆粒的方法及裝置

有效

• 申請號: 201910408972.7
• 申請日: 2019-05-16
• 公開（公告）號: CN110116215B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 吳堅;李旭東;石桓通;劉超鵬;陳立;李興文
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B22F9/14
• 分類號: B22F9/14;B22F1/02;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

本發明公開了一種使用金屬絲電爆炸法制備碳包覆銅納米顆粒的方法及裝置，將一定長度與直徑的銅絲均勻纏繞在碳棒上，并在氬氣環境中給金屬絲通以高電壓和大電流使得金屬絲發生電爆炸，即可收集到碳包覆的銅納米顆粒。銅絲在電爆炸過程中加熱相變，先后經歷熔化、氣化、等離子體等過程，并在等離子體的高溫加熱下產生銅原子，碳棒在通以高電流后也會有一部分碳原子形成，進而二者從氣相中自發均勻成核凝聚成原子簇，形成初始小液滴，該液滴不斷生長，之后通過內部碳原子析出和外部碳原子沉積兩種機制形成碳包覆層，最終經過冷卻則形成了碳包覆的銅納米顆粒。本方法提出了新的制備碳包覆銅納米顆粒的方法，對于工業生產和科研工作具有重大應用價值。

【技術領域】

本發明屬于碳包覆銅納米顆粒制備技術領域，涉及一種使用金屬絲電爆炸法制備碳包覆銅納米顆粒的方法及裝置。

【背景技術】

金屬納米顆粒具有諸多優點，然而由于含能高，其極易與環境中的氣體和液體發生化學反應或形成團簇，喪失了納米顆粒的優勢。因此，引入碳包覆之后會，多層石墨緊密包覆在納米金屬顆粒外圍，納米金屬處于核心位置，即通過此殼/核結構形成新型的納米碳/金屬復合材料，可以在保護金屬納米顆粒原有的特性之外，賦予其奇特的電、光、磁等特性，在高密度磁記錄材料、鐵磁流體、靜電印刷機、磁共振、催化劑、電極材料等方面有重大的應用價值。

目前制備碳包覆金屬納米粒子的常規方法有電弧放電法、熱解法、化學氣相沉積法、離子束法和激光法等。這些方法大多所需生產設備復雜、需要較高能量、生成物雜質多或是具有一定的危險性，因而在實際應用中受到極大限制。

【發明內容】

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種使用金屬絲電爆炸法制備碳包覆銅納米顆粒的方法及裝置，該方法能夠滿足快速、大量、簡便制備，并且產物生成率和能量利用率較高，副產物較少，危險性小等要求。

為達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種使用金屬絲電爆炸法制備碳包覆銅納米顆粒的方法，包括以下步驟：

步驟1：將銅絲均勻的螺旋纏繞在碳棒上，銅絲首尾兩端到達碳棒的兩端，使得銅絲兩端接觸上下電極；

步驟2：將纏繞有銅絲的碳棒固定在電極兩端，然后密封電爆炸腔室；將電爆炸腔抽至真空后，充入氬氣，氣壓為100kPa，同時給電容充至所設定的電壓；

步驟3：觸發開關，使得電容通過金屬絲放電；在微秒脈沖作用下，碳棒和銅絲被加熱至原子狀態，二者結合并在介質冷卻作用下形成小液滴，進而通過內部碳原子析出和外部碳原子沉積兩種機制形成碳包覆層，最終形成碳包覆的銅納米顆粒；

步驟4：將電爆炸腔室的氬氣排出，納米顆粒便收集到微孔濾膜上；進行多次電爆炸實驗，收集納米顆粒；將所收集的納米顆粒均勻分散在融到無水乙醇中。

本發明進一步的改進在于：

步驟4中，采用超聲波對融入無水乙醇中的納米顆粒進行分散。

還包括步驟5：利用顯微鏡對納米顆粒進行TEM檢測，分析形態結構。

顯微鏡采用透射電子顯微鏡。

一種使用金屬絲電爆炸法制備碳包覆銅納米顆粒的裝置，包括電爆炸腔室，電爆炸腔室的外殼接地，內設有電極；碳棒的一端與外殼相連，另一端與電極相連；電極通過觸發開關與電容相連，電容的另一端接地；電容的兩端并聯高壓電源。

其進一步的改進在于：

還包括示波器，示波器的電壓探頭和羅氏線圈連接在電容與電極之間，用于采集電爆炸過程中的電壓和電流波形。

電容為脈沖電容。

與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：