納米氧化銅的制備及應(yīng)用前景

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1、（１）以硝酸銅為原料、氫氧化鈉．碳酸鈉混合溶液為沉淀劑，采用直接沉淀法，通過反應(yīng)沉淀、過濾、洗滌、干燥、焙燒，制備納米氧化銅的工藝技術(shù)是可行的。通過單因素、正交試驗分析，綜合考慮產(chǎn)品粒徑和制備過程銅收率，得到沉淀反應(yīng)過程適宜的工藝條件組合是：反應(yīng)溫度２５℃，沉淀劑濃度Ｏ．５ｍｏｌ／Ｌ，反應(yīng)時間２０ｍｉｎ，沉淀劑用量1.5:1；適宜的焙燒條件是：４００℃下焙燒２小時；此時銅收率可達(dá)９７％以上，產(chǎn)品粒徑可達(dá)14nm（２）以硬脂酸鈉為改性劑對納米氧化銅粉體進(jìn)行表面改性處理，各工藝條件較適宜的取值范圍為：改性劑用量

2、６～８％；改性時間２０～３０ｍｉｎ；改性溫度５５～６５℃：ｐＨ值７．５～８．０。以十二烷基苯磺酸鈉為改性劑對納米氧化銅粉體進(jìn)行表面改性處理，各工藝條件較適宜的取值范圍為：改性劑用量６～ｌＯ％；改性時間２０～３０ｍｉｎ；改性溫度２５～３５℃；ｐＨ值７．５～８．０。第一章綜述１．１納米氧化銅的性質(zhì)、用途及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀１．１．１納米粒子的基本物理效應(yīng)㈣’１∞當(dāng)粒子的尺寸進(jìn)入納米數(shù)量級（１～１００ｍ）時，其本身就會具有表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)，因而表現(xiàn)出許多一般固體材料所不具備的奇特物性

3、，主要包括光學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、熱學(xué)、催化和力學(xué)等性質(zhì)。１．表面效應(yīng)粒子表面原子與內(nèi)部原子所處的環(huán)境不同，當(dāng)粒子減小，粒子直徑進(jìn)入納米數(shù)量級時，表面原子的數(shù)目及作用就不能忽略，而且這時粒子的比表面積、表面能和表面結(jié)合能都會發(fā)生很大的變化。人們把由此引起的特殊效應(yīng)統(tǒng)稱為表面效應(yīng)。一般情況下，隨著粒徑的減小，粒子的表面原子數(shù)迅速增加，比表面積急劇變大，表面效應(yīng)不容忽略。從物理概念上講，表面原子與體內(nèi)原子不～樣，表面原子的能量比體內(nèi)原子要高，因此納米粉體具有高的表面能。以納米銅微粒為例，當(dāng)銅微粒粒徑由１００ｍ逐漸減小

4、為１ｍｎ時，納米銅微粒的比表面積、表面原子數(shù)分率和比表面能隨粒徑的變化如表１．１所示。表卜１納米銅微粒的比表面積、表面原子數(shù)分率和比表面能隨粒徑的變化４２．體積效應(yīng)當(dāng)物質(zhì)的體積減小時，．將會出現(xiàn)兩種情況：一種是物質(zhì)本身的性質(zhì)不發(fā)生變化，而只是與體積密切相關(guān)的性質(zhì)發(fā)生變化，如對于半導(dǎo)體材料來說，其電子自由程變??；另一種是物質(zhì)本身的性質(zhì)也發(fā)生了變化。因為納米微粒是由有限個原子或分子組成的，它改變了物質(zhì)原來由無數(shù)個原子或分子組成的屬性，所以納米材料的性質(zhì)發(fā)生了很大的變化。這就稱為納米粒子的體積效應(yīng)。３．量子尺寸效

5、應(yīng)當(dāng)粒子尺寸降低到某一值時，金屬費(fèi)米能級附近的電子能級由準(zhǔn)連續(xù)變?yōu)殡x散能級的現(xiàn)象和半導(dǎo)體微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)分子軌道和最低未被占據(jù)分子軌道能級、能隙變寬的現(xiàn)象均稱為量子尺寸效應(yīng)。在納米半導(dǎo)體中，量子尺寸效應(yīng)的存在使得銀納米微粒在達(dá)到一定尺度時由導(dǎo)體變?yōu)榻^緣體；而半導(dǎo)體二氧化鈦禁帶寬度在粒徑小到納米級時顯著變寬。在納米磁性材料中，隨著晶粒尺寸的減小，樣品的磁有序狀態(tài)將發(fā)生本質(zhì)性的變化。粗晶狀態(tài)下的鐵磁性材料，當(dāng)顆粒尺寸小于某一臨界值時可以轉(zhuǎn)變?yōu)槌槾艩顟B(tài)。這種奇特的磁性轉(zhuǎn)變主要是由量子尺寸效應(yīng)造成的，從

6、而使得納米材料與常規(guī)的多晶材料在磁性結(jié)構(gòu)上存在很大的差異。４．宏觀量子隧道效應(yīng)宏觀物體，當(dāng)動能低于勢能的能壘時，根據(jù)經(jīng)典力學(xué)規(guī)律是無法逾越勢壘的；而對于微觀粒子，如電子，即使勢壘遠(yuǎn)較粒子動能高，量子力學(xué)計算表明，粒子的態(tài)函數(shù)在勢壘中或勢壘后就非零，這表明微觀粒子具有進(jìn)入和穿越勢壘的能力，稱之為隧道效應(yīng)。宏觀物理量如磁化強(qiáng)度等，在納米尺度時將會受到微觀機(jī)制的影響，也即微觀的量子效應(yīng)可以在宏觀物理量中表現(xiàn)出來，稱之為宏觀量子隧道效應(yīng)。早期人們曾在研究中用宏觀量子隧道效應(yīng)來解釋鎳超微粒子在低溫繼續(xù)保持超順磁性。近

7、年來人們發(fā)現(xiàn)Ｆｅ．Ｎｉ薄膜中疇壁運(yùn)動速度在低于一臨界溫度時基本上與溫度無關(guān)。于是，有人提出量子力學(xué)的零點(diǎn)振動可以在低溫起著類似熱起伏的效應(yīng)，從而使熱力學(xué)零度附近微顆粒磁化矢量的重取向，保持有限的弛豫時間，即在熱力學(xué)零度仍然存在非零的磁化反轉(zhuǎn)率，相似的觀點(diǎn)可用來解釋高磁晶各相異性單晶體在低溫產(chǎn)生階梯式的反轉(zhuǎn)磁化模式，以及量子干涉器件中的一些效應(yīng)。上述的表面效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子尺寸效應(yīng)和宏觀量子隧道效應(yīng)都是納米微粒與納米固體的基本特征，它使納米微粒和納米固體呈現(xiàn)出許多奇異的物理、化學(xué)性質(zhì)，因而使得納米材料具有非

8、常廣闊的應(yīng)用前景。１．１．２納米氧化銅的性質(zhì)和用途１．納米氧化銅的性質(zhì)∽一１氧化銅化學(xué)式為ＣｕＯ，是一種棕黑色粉末，密度為６．３～６．４９∥ｃｍ３，熔點(diǎn)為１３２６℃，溶于稀酸，不溶于水和乙醇。氧化銅的晶體結(jié)構(gòu)屬單斜晶系，每個晶胞含有４個氧化銅單元。它是一種反磁性半導(dǎo)體，其能隙大約為１．５ｅＶ。普通氧化銅是一種用途廣泛的多功能精細(xì)無機(jī)材料，主要應(yīng)用在印染、玻璃、陶瓷、醫(yī)藥及催化等領(lǐng)域。納米氧化銅的粒徑介于１脅～１０