一种微米级球形镍粉的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种微米级球形镍粉的制备方法，采用液相化学还原法，在无硬模板辅助的条件下，将原料同时混合进行反应；该方法包括以下步骤：一、将镍源、聚乙烯吡咯烷酮、氢氧化钠、水合肼与H2O混合后搅拌得到蓝绿色悬浊液；二、蓝绿色悬浊液进行水热反应；三、水热反应的产物分离后经洗涤和干燥得到微米级球形镍粉。本发明专利技术采用“一锅法”的液相还原法，将所有原料均投入到反应器中进行水热反应，在碱性环境条件下利用水合肼还原，并通过在反应体系中加入水溶性的特定配体聚乙烯吡咯烷酮作为结构导向剂，控制了还原后的镍微粒定向生长沉积，并控制其形貌，制备得到粒径均匀，球形度好且表面光滑的微米级球形镍粉，适用于微纳米电子器件领域。件领域。件领域。

【技术实现步骤摘要】
一种微米级球形镍粉的制备方法


[0001]本专利技术属于微米磁性材料制备
，具体涉及一种微米级球形镍粉的制备方法。

技术介绍

[0002]无机微纳米材料的物理化学性质由其形貌和尺寸决定，因而在过去几十年里无机微纳米材料的形貌和尺寸控制合成发展迅速。伴随着无机微纳米材料控制合成技术的逐步发展，其应用场景也愈发广泛，现常用于微纳米电子器件的特定结构组装。微纳米磁性材料既展现出纳米材料的性质，其本身又带有独特的磁性，因而能够进一步拓宽其应用领域：磁传感、磁记录、生物分子剥离及靶向传递等。在铁、钴、镍中，镍空气中稳定性较好，不易被氧化，储存量较为丰富，因而应用最为广泛。
[0003]其中微纳米镍粉不仅比表面积大，而且表面能和表面张力随粒径减小而增加，一方面可增加材料间的接触面积，增强反应活性，另一方面可通过调节粒径大小，改善材料性能。另外，相对于块体材料，微米镍颗粒材料的内部独特排列方式赋予其独特的顺磁特性。因此，探究微纳米级镍粉的制备方式对产物的形貌控制有重要意义。
[0004]目前，用于制备镍微纳米粉的方法主要有：球磨法、磁控溅射法、溶胶凝胶法、热分解法、微乳液法等。但是这些方法仍存在产物纯度较低、原料利用率较少、成本较高、生产周期长、产物中分子间隙过大等问题。因此，如何通过简单的方式制备形貌可控的低维微米级球形镍粉仍然是一个难题。
[0005]相较而言，液相还原法成本较低、反应条件易于控制、生产周期较短，可以简单地制备微米级球形镍粉。在液相还原反应体系中，采用特殊试剂提供温和的条件，促使微纳米镍颗粒晶体的生成和生长缓慢进行，但是镍离子的标准电势电位低于贵金属，采用弱还原剂无法还原，因此需要采用水合肼、硼氢化钠等强还原剂合成低维微米级球形镍粉，而强还原剂纵然可以促使镍离子还原，同时也会增加还原速率，导致所制备的微纳米镍材料形貌难以控制。
[0006]因此，在低维微米级球形镍粉的实际制备过程中，通常需要镍离子还原和镍原子沉积生长的阶段分别进行控制：一方面，镍离子还原时，需要提供合适的还原剂，控制镍离子还原的速率，防止镍的晶种生长速率过快而产生无规则形貌产物；另一方面，在镍晶种定向聚集、生长过程中，需要选择特定的配体，保证镍原子沿晶面定向生长，最终获得所需形貌的低维微纳米镍材料。
[0007]在已报道的液相还原法制备微米级球形镍粉的方案中，通常选择在反应体系内加入长链氨基有机中间体，增加体系的密度，又可作为表面活性剂降低表面能，延缓反应速率。例如：Xuemin He等人采用乙酰丙酮镍作为前驱体，油胺作为还原剂和表面活性剂，在碱性环境下，245℃反应生成镍颗粒。虽然产物没有其他杂质，但反应温度较高，能耗较大，并且反应后表面活性剂的残留难以洗涤，因此清洗过程较为复杂，需要使用甲苯等危化品。

技术实现思路

[0008]本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种微米级球形镍粉的制备方法。该方法采用“一锅法”的液相还原法，在碱性环境条件下利用水合肼还原，并通过在反应体系中加入水溶性的特定配体聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为结构导向剂，控制了还原后的镍微粒定向生长沉积，从而控制其形貌，制备微米级球形镍粉，且水热反应温度低，降低了能耗，无需采用难溶性的表面活性剂，解决了现有技术中镍原子的还原速率过快、能耗较高、洗涤过程复杂等问题。
[0009]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种微米级球形镍粉的制备方法，其特征在于，采用液相化学还原法，在无硬模板辅助的条件下，将原料同时混合进行反应，制备得到粒径为1μm～5μm的微米级球形镍粉；该方法包括以下步骤：
[0010]步骤一、将镍源、聚乙烯吡咯烷酮、氢氧化钠、水合肼与H2O按比例混合后磁力搅拌3h以上，得到蓝绿色悬浊液；
[0011]步骤二、将步骤一中得到的蓝绿色悬浊液转移至电热恒温水浴锅中进行水热反应；所述电热恒温水浴锅为非磁力锅；
[0012]步骤三、采用磁铁对步骤二中水热反应的产物进行分离，然后分别采用H2O和无水乙醇洗涤，经真空干燥后得到微米级球形镍粉。
[0013]上述的一种微米级球形镍粉的制备方法，其特征在于，步骤一中所述镍源为六水合硫酸镍或六水合氯化镍。本专利技术通过控制镍源种类，保证还原反应的顺利进行，得到具有磁性的水热反应产物，进而后续经磁铁分离得到产物微米级球形镍粉。
[0014]上述的一种微米级球形镍粉的制备方法，其特征在于，步骤一中所述镍源与聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比为1:0.024～0.64。本专利技术的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)在反应过程中作为结构导向剂，首先在反应初期与Ni
2+
吸附，水合肼对其进行还原，根据能量最低原理，还原的镍原子沉积在表面能相对高的位置排布成类球形颗粒，但表面的片状产物较多，同时PVP也吸附在此位置，反应后期还原得到的镍原子在PVP的长链烷基空间位阻效应下，只能在表面能相对低的空隙位置沉积，使得球形颗粒尺寸略有增加，降低产物的表面粗糙度；通过控制镍源与聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比，保证得到微米级球形镍粉，其表面质量较好，避免了PVP用量太少、还原得到的镍原子只能依赖磁性定向吸附，虽然排布为球形但表面粗糙度增加的问题，同时避免了PVP用量太多、部分中间产物被被PVP吸附无法还原、产物中会存在中间产物杂质的问题。
[0015]上所述的一种微米级球形镍粉的制备方法，其特征在于，步骤一中所述镍源、氢氧化钠与水合肼的摩尔比为1:1.6～6.4:4.8～19.2。在酸性和中性条件下Ni
2+
的标准电势电位较低，水合肼无法直接将其还原，因此本专利技术在反应体系中加入氢氧化钠并控制镍源、氢氧化钠与水合肼的摩尔比，在生成氢氧化镍的同时将水合肼的还原电位降低至较低水平，保证了加热后水合肼可对其还原，避免了氢氧化钠用量过少而生成镍肼络合物吸附在颗粒表面、导致产物表面粗糙度较高的问题，以及氢氧化钠用量过多在反应初期即生成大量的氢氧化镍、而部分中间产物未还原即沉淀且因粘度大难以去除、最终产物中球形镍粉与中间产物共存的问题，同时避免了水合肼用量太少导致产物中存在中间产物，以及水合肼用量太多导致反应速率加快、产物球形镍粉粒径不均匀的难题。
[0016]上述的一种微米级球形镍粉的制备方法，其特征在于，步骤一中所述镍源与H2O的
质量比为1:30.4～79.1。本专利技术通过控制镍源与H2O的质量比，有效控制了反应体系中的离子密度，控制反应速率，以得到纯度高且形貌均匀的微米级球形镍粉，避免了H2O用量太少导致反应体系中离子密度过大、微粒间碰撞几率增加进而反应速率加快、产物形貌不均匀的问题，以及H2O用量太多导致反应体系中离子密度过低、反应时间延长从而产物中生成较多中间产物的问题。
[0017]上述的一种微米级球形镍粉的制备方法，其特征在于，步骤二中所述水热反应的温度为60℃～80℃，反应时间为1h～5h。本专利技术通过控制反应的温度，保证还原过程的顺利、高效进行，并有效控制产物球形镍粉的形貌，避免了温度过低导致还原反应无法进行或时间过长的缺陷，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微米级球形镍粉的制备方法，其特征在于，采用液相化学还原法，在无硬模板辅助的条件下，将原料同时混合进行反应，制备得到粒径为1μm～5μm的微米级球形镍粉；该方法包括以下步骤：步骤一、将镍源、聚乙烯吡咯烷酮、氢氧化钠、水合肼与H2O按比例混合后磁力搅拌3h以上，得到蓝绿色悬浊液；步骤二、将步骤一中得到的蓝绿色悬浊液转移至电热恒温水浴锅中进行水热反应；所述电热恒温水浴锅为非磁力锅；步骤三、采用磁铁对步骤二中水热反应的产物进行分离，然后分别采用H2O和无水乙醇洗涤，经真空干燥后得到微米级球形镍粉。2.根据权利要求1所述的一种微米级球形镍粉的制备方法，其特征在于，步骤一中所述镍源为六水合硫酸镍或六水合氯化镍。3.根据权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：党蕊，徐秀凤，
申请(专利权)人：西北有色金属研究院，
类型：发明
国别省市：