[发明专利]纳米铜粉的在线包覆制备方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种纳米铜粉的在线包覆制备方法及装置。

背景技术

纳米铜粉在导电油墨、导电浆料、催化和抗磨润滑油等产品中是重要的功能成分。现有工业大批量纳米铜粉制备多采用物理法进行，主要有金属丝电爆炸法和加热蒸发-冷凝法。其中，金属丝电爆炸法是将铜丝固定在一个充满惰性气体的反应室中，在铜丝两端分别加上两个电极，并与一个大电容相连接形成回路，对铜丝瞬间施加强大的脉冲电流，使铜丝短时间内熔化、气化，在铜丝熔断瞬间放电并爆炸，铜蒸气与惰性气体碰撞后急剧冷凝形成纳米铜粉。加热蒸发-冷凝法是在低压的惰性气体中，通过电阻加热、高频感应加热、等离子电弧或激光等方式将金属铜气化，铜蒸气与惰性气体碰撞后冷凝成纳米铜粉。

但是本身由于纳米铜粉的比表面积大，活性高，接触空气很容易发生氧化甚至自燃造成包装、储运和使用方面的不便；因此一般需要对制备的纳米铜粉进行表面钝化处理。目前，比较常用的方法是在纳米铜粉的制备过程中，引入甲烷、乙炔或丙烯等碳氢化合物气体，在电弧或激光作用下分解碳化而提供碳源，对纳米铜粉进行碳包覆，缺点在于除了获得碳包覆纳米铜粉外，还伴生较多的纳米碳材料微粒。

为了弥补通常做法的缺陷，CN102009948A的发明专利采用在纳米材料接触空气之前使用机械搅拌的方法在纳米材料表面包覆一层有机物；实施中采用其专用设备进行；需要额外采用包覆装置，成本增加、操作繁杂，因此并不实用。CN1792127A的发明专利中提出采用有机酸除去纳米铜粉表面的氧化物，再用有机物对纳米铜粉进行表面处理，在纳米铜粉表面形成一层保护膜阻隔氧气以提高纳米铜粉的抗氧化性；该方法在实施过程中精确控制工艺条件进行，最终达到目的，难于控制。因此，现有做法中无法直接大批量的包覆铜基纳米粉的生产，且制备分多步进行，降低了铜基纳米粉的品质和易用性。

发明内容

本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种可以直接一步实现大批量在线包覆的铜基纳米粉体，且工艺简单，铜基纳米粉体粒径可控，抗氧化性好的纳米铜粉的在线包覆制备方法及装置。

为了实现上述发明目的，本发明实施例的技术方案如下：

一种纳米铜粉的在线包覆制备方法，包括如下步骤：

在真空条件下，将铜基金属原料蒸发气化形成气态金属铜；

将气态金属铜置于惰性气体和气雾状包覆剂的混合氛围中进行冷凝；其中，气雾状包覆剂为气雾化的包覆剂溶液。

采用本发明的上述方法和装置进行纳米铜粉的生产，直接将纳米铜粉的生成和包覆整合在一个步骤进行，避免两步法或多步法制备包覆型金属纳米粉体在转移过程中接触空气而氧化；其蒸发-冷凝过程在惰性气氛中进行，并采用有机包覆剂进行包覆，制备的铜基纳米粉体无污染，抗氧化性优良，提高了铜基纳米粉体的品质和易用性。

本发明进一步还提出一种纳米铜粉的在线包覆制备装置，包括用于原料气化的蒸发组件、收集粉体的收集组件、以及连接所述蒸发组件和收集组件的冷凝管；所述蒸发组件包括顶部具有蒸气出口的蒸发室、位于所述蒸发室内的加热容器；且所述蒸发室外壁上设有气体入口和雾化喷嘴；

所述收集组件包括具有粉体入口的捕集室、连接于所述捕集室上的吸力泵、以及设置于所述捕集室下方的手套箱；所述捕集室底部具有粉体出口，所述手套箱具有与所述粉体出口连接的采集口；

所述冷凝管一端与蒸发室的蒸气出口连接、另一端与所述捕集室的粉体入口连接。

采用本发明的上述纳米铜粉的在线包覆装置，在能够直接实现将冷凝成粉与包覆同时进行；并且在生产过程中可以调节蒸发温度、气体压力、惰性气体流速等因素可控制铜基纳米粉体的粒径大小及分布；最终实现大批量制备在线包覆的高品质铜基纳米粉体的产品。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例纳米铜粉的在线包覆制备装置的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种纳米铜粉的在线包覆制备方法，包括如下步骤：

S10，于真空条件下在蒸发室内，将铜基金属原料加热蒸发气化形成气态金属铜；

S20，在铜基金属原料气化过程中，向蒸发室内通入惰性气体和气雾状包覆剂；