微乳液法制備納米銅粒的條件探究

張慧捷（山西工程職業技術學院冶金工程系，山西太原030009）

微乳液法制備納米銅粒的條件探究

張慧捷（山西工程職業技術學院冶金工程系，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，采用微乳液法結合熱處理的方式制備納米銅粒子，并對其進行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

納米銅粒以其優良的特性廣泛用于很多領域，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的溫度實施涂層，用于微電子器件的生產。因此，納米銅粒的制備尤為重要，受到廣泛關注。本文采用微乳液法[1,2]結合熱處理[3]的方式制備納米銅粒子，并對制備條件進行了探究。

1 實驗部分

1.1 微乳液體系的建立

本文選用正丁醇為助表面活性劑，選用不易受強電解質無機鹽及酸、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，復配表面活性劑HLB=6.5。

1.2 納米銅粒的制備

將微乳液轉移入圓底燒瓶中，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，轉速10000r/min。用石油醚和無水乙醇交替洗滌產品數次，至上清液顏色很淡為止。產品自然風干，裝入試樣袋，放進干燥器待表征。

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XRD表征得，單質銅的衍射峰強度大，雜質很少，說明在試驗溫度下，液體石蠟分解產生的不飽和烴類和氫自由基可以完全還原二價銅。根據XRD譜圖的半峰寬由謝樂公式計算得到產品粒徑分別為31.4nm、29.1nm、27.6nm、30.7nm。從實驗結果看出，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的熱處理溫度使納米銅粒徑最小。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，成核速度比生長速度快，此時得到的產品粒徑較小，而當溫度超過一定值時，生長速度增快，產生的小核很快聚集為大核，導致產品粒徑較大。再者，溫度過高，團聚現象嚴重。

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XRD表征得，所有樣品都只有單質銅的衍射峰，雜質很少，峰強度都較大。根據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的濃度對反應產物起到關鍵作用，隨著Cu(NO3)2濃度的減小，納米銅粒徑減小。這是因為Cu(NO3)2濃度過大，則反應速度快，成核快，形成的小核聚集成為大核的趨勢增大[5]，導致了納米銅粒徑的增大。

3 結語

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，且團聚現象不嚴重。

[1]楊傳芳,洪濱,陳家墉.反向膠團或微乳液在超細顆粒制備中的應用[J].化工冶金,1996,7(l):71-79.

[2]蔡逸飛,徐建生,郭志光,袁小會,謝中亞.微乳液法制備納米金屬銅及其摩擦學性能研究[J].材料導報,2006,20:172-174.

[3]趙杰,黃偉,樊金串.完全液相制備Cu-Zn-Al漿狀催化劑的化學和工藝研究[D].太原:太原理工大學,2009.

[4]秦承寬.W/O微乳液制備納米粒子的研究[J].河北工業, 2009,32(12):2-4.

[5]黃淼淼,宋冬靈.微乳液技術及其在制備納米顆粒上的應用[J].工業技術,2011,2:62-63