[发明专利]一种纳米钴粉浆料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米材料及其制备方法，尤其涉及一种纳米钴粉浆料及其制备方法。

背景技术

纳米钴粉是一种用途广泛的纳米材料。钴粉是最良好的金属结合剂，在生产硬质合金产品过程中，钴粉的质量就成了决定性因素，纳米钴粉在烧结过程中能快速扩散，形成稳固而均匀的分布，使其可生产具有高密度、高硬度、高张力强度、高冲击强度、耐疲劳和高防腐蚀部件；它具有记录密度高、矫顽力高、信噪比高和抗氧化性好等优点，可大幅度改善磁带和大容量软硬磁盘的性能；纳米钴粉体对电磁波有特殊的吸收作用，纳米钴与其它纳米粉末如纳米铁、氧化锌粉末及碳包金属混合可作为军事用高性能毫米波隐形材料、可见光—红外线隐形材料和结构式隐形材料，以及手机辐射屏蔽材料；另外，用纳米钴粉末或铁钴镍合金粉末生产的磁流体性能优异，可广泛应用于密封减震、医疗器械、声音调节、光显示等领域。

但纳米材料由于粒径小、比表面积大、自由能高，因此一般情况下，纳米材料都以团聚状态存在。团聚状态的纳米材料粒径是纳米颗粒粒径的几十、甚至数百倍，从而失去纳米微粒所具备的功能。为解决团聚现象，可以用物理或化学的方法对其进行分散，如通过超声或球磨破坏团聚体中小微粒的相互作用力，通过加入分散剂降低粒子的表面能，消除粒子的表面电荷，减弱纳米粒子的表面极性，提高纳米颗粒与基体材料的亲和力，明显改善纳米浆料的分散性和稳定性。

中国专利ZL03133528.4报道了纳米金属粉体分散液及其制备方法，该组合物由纳米金属粉体、分散剂、稳定剂、余量的分散介质组成。该方法同时加入分散剂和稳定剂，而且金属粉体还要经过碳包膜处理，工序比较麻烦且引入的组分多，这些组分在使用时很难除去，可能会影响到纳米钴效应的发挥，给合金等复合材料带来负面影响。

中国专利CN1513591A报道了一种纳米金属粉体分散液及其制备方法，该分散液由纳米金属粉体、分散剂、稳定剂、余量的分散介质组成。中国专利CN101015774A也报道了一种纳米金属分散液及其制备方法，该分散液的原料包括：金属物质，含氮、氧、硫和/或硼原子/官能团的物质或化合物、一种或多种添加剂、溶剂等物质。这两种方法同样是组分多，引入体系的杂质多，影响纳米材料的性质和实用性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种纳米钴粉浆料及其制备方法。纳米材料的表面效应、小尺寸效应、表面电子效应以及近距离效应使其具有很高的表面活性。而且由于粒径小，表面原子所占的比例高，所以具有极高的比表面积，使纳米颗粒处于热力学不稳定状态，极易发生团聚。纳米颗粒团聚是一个自由能减少的过程，颗粒团聚是自发进行的。纳米粒子的分散稳定性是制约其应用研究和产业化的瓶颈。为了保证纳米粒子独特性能的发挥，必须根据其应用体系的特点对其进行适当的分散处理。纳米粉体分散在溶液中，由于颗粒的尺寸在纳米级，所形成的悬浮液属于胶体的范畴。一般情况下，由于纳米粉体的表面能非常大，胶体悬浮液是热力学不稳定的。但是，如果有一个能垒的存在，则胶体可以具有动力学稳定性。这种稳定作用来源于双电层斥力和静态相互作用力。当这种作用力足够大时，可以提供能垒，防止或破坏纳米颗粒的团聚。

本方法是向溶剂中加入适当的分散剂配成分散剂溶液，再向溶液中加入纳米粉体，将混合物超声和球磨使纳米钴颗粒表面吸附一层分散剂分子，这些分散剂分子由于空间位阻效应和电荷斥力形成能垒使纳米颗粒彼此分离，均匀分散形成稳定的浆料。超声波具有高辐射强度，容易集中能量，通过对体系强烈的震动和空化，大幅度地弱化纳米颗粒间的作用，有效地防止纳米颗粒团聚而使之分散。球磨有利于分散剂分子与纳米钴粉充分接触，形成均匀而稳定的浆料。

纳米钴粉具有巨大的比表面积，每克可达几百平方米，薄且均匀的界面层和原子层次的阶梯状表面，与水快速反应放出氢气，因此纳米钴在水介质中分散时表面必须经过钝化处理或包覆处理，但长期放置还是会缓慢反应放出氢气，特别是震荡或撞击时反应更加剧烈，具有一定的危险性，所以通常情况下不能将纳米钴分散在水中。而纳米钴与醇、酮、酯、烃类等有机溶剂不会发生化学反应，因此通常将钴分散在有机溶剂中便于储存和运输。而且有机溶剂易于挥发、与涂料等基体材料相容性好，使用范围广泛。

本发明所要解决的技术问题是通过以下技术方案来实现的：

一种纳米钴粉浆料，按重量份该纳米级钴粉浆料由以下组分组成：

纳米级钴粉为0.5-20，分散剂为0.05-3，溶剂为85-100；

其中所述分散剂为阴离子型烷基盐、高分子化合物、脂肪酸、脂肪酸盐或碱金属磷酸盐、硅烷偶联剂、钛酸酯偶联剂；