核壳纳米铜/铝复合粉末的制备

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摘要：在溶液中加入明胶保护剂、氟离子辅助络合剂，采用铝粉直接置换还原出铜盐的方法，实现纳米铜在铝粉表面的快速化学沉积，在铝粉表面形成一层致密的纳米铜膜，从而制备出核壳结构的Cu/Al复合粉末。本研究阐述了氟离子辅助下置换过程的过程和原理，利用扫面电镜、X射线衍射、选取元素分析、比表面积等测试手段对复合粉末进行了结构和形貌表征。可知：纳米铜在铝粉表面形成连续、均匀的壳层，纳米铜的粒径约为20纳米。60013

毕业论文关键词：纳米粒子，铝粉，铜粉，核壳结构，制备

Abstract：A kind of novel core-shell Cu/Al powders has been prepared by displacement method, in which nano-sized Cu was made to cover the surface of micron-sized aluminum powders. This reaction happened under the existence of coordination agent-fluoride and protective agent—gelatin. The preparation method and reaction mechanism have been discussed. The microstructure and morphology of the Cu/Al powders were investigated by SEM, XRD, EDS and BET. The analysis results show that this method can prepare the compact shell for Cu/Al powders. The Cu particle coated on aluminum particle was uniform and continuous. The average diameter of Cu crystallites was about 20 nm.

Keywords：nanoparticle, aluminum powder, copper, core-shell structure, preparation

1 引言 3

2 实验部分 3

2.1 复合粉末的制备 4

2.2 复合粉末的表征 4

3 结果与讨论 4

3.1 反应原理和过程 4

3.2 合成工艺探讨 5

3.2.1 表面活性剂的筛选 5

3.2.2 pH值的影响 6

3.2.3 氟离子浓度的影响 7

3.2.4 反应温度的影响 7

3.3 形貌和组成测定 7

3.4 比表面积测试 8

结论 10

参考文献 11

致谢 12

1 引言

置换法属于化学镀的范畴，它是一种特殊类型的化学镀，主要靠电位较低的金属基体向溶液中电位较高的金属离子提供的电子，使其还原成金属单质并沉积在基体粒子的表面，因而又不同于常规的化学镀[1]。

置换过程包含有两个电极过程：一个是基体金属原子失去电子形成离子，并通过扩散离开基体表面的阳极过程；另一个是液相中的金属离子扩散到电极（基体）表面，得到电子形成金属原子并在电极表面成核，形成包覆层的阴极过程。因此，置换法遵循一般电化学反应的普遍规律[1]。但置换法与普通化学镀相比具有一个明显的优势，即溶液中的金属离子只有接触到基体表面时氧化还原反应才能发生，这样就在很大程度上保证了体系中新生成的包覆粒子会优先沉积在基体的表面而不是散落在基体粒子的周围，从而提高的包覆的质量。除此之外，置换法还具有工艺简单、反应迅速、包覆物可定量等优点，且不需借助外来的还原剂（减少杂质的引入），因此非常适用于金属间核壳结构复合粉末的制备。

近年来，利用置换法制备金属间核壳复合粉末已引起了研究者的广泛兴趣。牟国俊等[3]利用置换法制备了核壳纳米Sn/Cu复合粉末；刘志杰等[4]采用置换法制备了核壳纳米Ag/Cu复合粉末，制备出的复合粉末包括Cu粉表面部分被Ag取代的表面点缀结构和Cu粉完全被覆盖的致密结构；高保娇等[5]对用Cu粉置换银氨络合离子制备核壳纳米Ag/Cu复合粉末的过程进行了详细的机理研究；Chi K等6]利用Cu2+和储氢合金粉的置换还原反应在合金粉表面包覆一层1μm厚的铜膜。