CN103170647A - 一种自组装形成铜纳米片的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自组装形成铜纳米片的方法,该方法以硫酸铜为铜源,葡萄糖为还原剂,通过加入聚乙烯吡咯烷酮来有效地防止葡萄糖在高温条件下炭化,使用水热法成功制备了铜纳米片;本方法设备简单,工艺参数可控,可重复性极高。制备所需原料丰富,成本低,无废弃物产生。铜纳米片在固体润滑剂、催化剂、导电材料等方面有着广泛的应用。
Description
技术领域
本发明属于纳米材料制备技术领域,尤其涉及一种采用水热法制备铜纳米片的方法。
背景技术
纳米铜粉由于尺寸小、比表面积大、表面活性中心数目多、电阻小、具有量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点,有着与常规材料不同的一些新特点,应用非常广泛。纳米铜用做固体润滑剂,以适当的方式分散于润滑油中成为一种稳定的悬浮液,与固体表面相结合形成光滑的保护层,同时填塞微划痕,从而降低摩擦和磨损。纳米铜粉在高分子聚合物的氢化和脱氢反应中,具有极高的活性和选择性,是一种优良的催化剂。同时由于纳米铜粉具有低电阻特性,可用于制造导电浆料,广泛应用于微电子工业中的封装。连接等,对微电子器件的小型化起重要作用。
随着纳米科学技术的发展,二维纳米结构材料(纳米片)由于其特殊的光学、磁学、光学性质以及催化性能而在纳米科学,纳米科技以及纳米器件的发展中成为研究热点。铜属于高对称性的面心立方的晶体结构,其二维纳米结构(纳米片)的制备非常困难。目前,虽有不少铜纳米材料制备的公开文献记载,但关于二维铜纳米片的制备却极少,尤其是大规模自组装形成铜纳米片的工艺与方法未见公开报道。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷,提供一种自组装形成铜纳米片的方法,该方法成本低、操作简单、可大规模形成二维铜纳米片。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:一种自组装形成铜纳米片的方法,该方法包括以下步骤:
(1)将水、葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮按质量比25:0.5-1:0.2-1混合,搅拌3小时以上,得到澄清混液;
(2)在搅拌的条件下,向步骤1中的澄清混液中滴加硫酸铜水溶液,硫酸铜与步骤1中葡萄糖的摩尔比为1: 2.5-5,在室温下搅拌30-60min后,将浅蓝色混液,转移到水热反应釜中于160-200℃下反应2.5-4h;
(3)将产物离心、依次使用去离子水和无水乙醇洗涤、真空干燥后得到铜纳米片。
本发明的有益效果是:本方法设备简单,工艺参数可控,可重复性极高。制备所需原料丰富,成本低,无废弃物产生。制备的铜纳米片在固体润滑剂、催化剂、导电材料等方面有着广泛的应用。
附图说明
图1是本发明二维铜纳米片的SEM图片;
图2是是本发明二维铜纳米片的XRD图片;
图3是本发明二维铜纳米片的EDS图片;
图4是本发明二维铜纳米片的TEM图片;
图5是本发明二维铜纳米片自组装过程的SEM图片。
具体实施方式
下面结合具体实施例,进一步阐明本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人员对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明自组装形成铜纳米片的方法,包括以下步骤:
1、将水、葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮按质量比25:0.5-1:0.2-1混合,搅拌3小时以上,得到澄清混液。
该步骤中,葡萄糖与聚乙烯吡咯烷酮需要充分混合,聚乙烯吡咯烷酮可使葡萄糖作为还原剂发挥作用的同时,又可以防止其在高温反应条件下被炭化,形成其他杂质。
2、在搅拌的条件下,向步骤1中的澄清混液中滴加硫酸铜水溶液,硫酸铜与步骤1)中葡萄糖的摩尔比为1: 2.5-5。在室温下搅拌30-60min后,转移到水热反应釜中于160-200℃下反应2.5-4h。
3、将产物离心、依次使用去离子水和无水乙醇洗涤、真空干燥后得到铜纳米片。
实施例1
(1)将0.4g葡萄糖、0.15g聚乙烯吡咯烷酮放入一50mL干净的烧杯中,向其中加入12.5mL的去离子水,在室温条件下搅拌4h,得到澄清混液。
(2)在搅拌的情况下,向步骤(1)中加入0.8mmoL的硫酸铜溶液,充分搅拌1h后,转移至水热反应釜中在160℃下反应4h,产物离心,依次用去离子水、无水乙醇洗涤三遍,将所得产物在真空干燥箱中干燥备用。
本发明所制得的铜纳米片形貌见扫描图片1,从图中可以看出,所得到的自组装铜纳米片形态均一、规整,都为单层片状结构。
图2 是本发明铜纳米片的XRD图片,图3是本发明铜纳米片的EDS图片,从这两张图中可以看出,所制得的铜纳米片纯度极好,无其他铜的氧化物等存在。图4是本发明铜纳米片的选取电子衍射图,图中为铜纳米片的片层区的电子衍射图,可以看出我们看到的大规模的片层区对应于铜的(111)面。图5是本发明铜纳米片在不同时间下自组装过程的SEM图片,从图中可以清楚的看出,在反应55min时,起初反应只得到铜纳米颗粒,随着反应时间的增加,铜纳米颗粒开始粘接在一起 ,并开始连接成片状物。当反应时间为1h35min时,铜纳米颗粒基本都连接形成纳米片,但形成的纳米片表面极不平整。直至反应3h后,铜纳米片表面平滑,无凹凸现象存在,形貌均一、规整。
实施例2
(1)将0.5g葡萄糖、1g聚乙烯吡咯烷酮放入一50mL干净的烧杯中,向其中加入25mL的去离子水,在室温条件下搅拌5h,得到澄清混液。
(2)在搅拌的情况下,向步骤(1)中加入0.63mmoL的硫酸铜溶液,充分搅拌1h后,转移至水热反应釜中在180℃下反应3h,产物离心,依次用去离子水、无水乙醇洗涤三遍,将所得产物在真空干燥箱中干燥备用。
该实施例所得到的铜纳米片形貌均一,分散性良好,铜纳米表面光滑、规整,具有很好的单层片状结构。
Claims (1)
1.一种自组装形成铜纳米片的方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
(1)将水、葡萄糖、聚乙烯吡咯烷酮按质量比25:0.5-1:0.2-1混合,搅拌3小时以上,得到澄清混液;
(2)在搅拌的条件下,向步骤1中的澄清混液中滴加硫酸铜水溶液,硫酸铜与步骤1中葡萄糖的摩尔比为1: 2.5-5,在室温下搅拌30-60min后,转移到水热反应釜中于160-200℃下反应2.5-4h;
(3)将产物离心、依次使用去离子水和无水乙醇洗涤、真空干燥后得到铜纳米片。
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