[发明专利]使用金属丝电爆炸法制备碳包覆铜纳米颗粒的方法及装置

说明书

本发明公开了一种使用金属丝电爆炸法制备碳包覆铜纳米颗粒的方法及装置，将一定长度与直径的铜丝均匀缠绕在碳棒上，并在氩气环境中给金属丝通以高电压和大电流使得金属丝发生电爆炸，即可收集到碳包覆的铜纳米颗粒。铜丝在电爆炸过程中加热相变，先后经历熔化、气化、等离子体等过程，并在等离子体的高温加热下产生铜原子，碳棒在通以高电流后也会有一部分碳原子形成，进而二者从气相中自发均匀成核凝聚成原子簇，形成初始小液滴，该液滴不断生长，之后通过内部碳原子析出和外部碳原子沉积两种机制形成碳包覆层，最终经过冷却则形成了碳包覆的铜纳米颗粒。本方法提出了新的制备碳包覆铜纳米颗粒的方法，对于工业生产和科研工作具有重大应用价值。

【技术领域】

本发明属于碳包覆铜纳米颗粒制备技术领域，涉及一种使用金属丝电爆炸法制备碳包覆铜纳米颗粒的方法及装置。

【背景技术】

金属纳米颗粒具有诸多优点，然而由于含能高，其极易与环境中的气体和液体发生化学反应或形成团簇，丧失了纳米颗粒的优势。因此，引入碳包覆之后会，多层石墨紧密包覆在纳米金属颗粒外围，纳米金属处于核心位置，即通过此壳/核结构形成新型的纳米碳/金属复合材料，可以在保护金属纳米颗粒原有的特性之外，赋予其奇特的电、光、磁等特性，在高密度磁记录材料、铁磁流体、静电印刷机、磁共振、催化剂、电极材料等方面有重大的应用价值。

目前制备碳包覆金属纳米粒子的常规方法有电弧放电法、热解法、化学气相沉积法、离子束法和激光法等。这些方法大多所需生产设备复杂、需要较高能量、生成物杂质多或是具有一定的危险性，因而在实际应用中受到极大限制。

【发明内容】

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种使用金属丝电爆炸法制备碳包覆铜纳米颗粒的方法及装置，该方法能够满足快速、大量、简便制备，并且产物生成率和能量利用率较高，副产物较少，危险性小等要求。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

一种使用金属丝电爆炸法制备碳包覆铜纳米颗粒的方法，包括以下步骤：

步骤1：将铜丝均匀的螺旋缠绕在碳棒上，铜丝首尾两端到达碳棒的两端，使得铜丝两端接触上下电极；

步骤2：将缠绕有铜丝的碳棒固定在电极两端，然后密封电爆炸腔室；将电爆炸腔抽至真空后，充入氩气，气压为100kPa，同时给电容充至所设定的电压；

步骤3：触发开关，使得电容通过金属丝放电；在微秒脉冲作用下，碳棒和铜丝被加热至原子状态，二者结合并在介质冷却作用下形成小液滴，进而通过内部碳原子析出和外部碳原子沉积两种机制形成碳包覆层，最终形成碳包覆的铜纳米颗粒；

步骤4：将电爆炸腔室的氩气排出，纳米颗粒便收集到微孔滤膜上；进行多次电爆炸实验，收集纳米颗粒；将所收集的纳米颗粒均匀分散在融到无水乙醇中。

本发明进一步的改进在于：

步骤4中，采用超声波对融入无水乙醇中的纳米颗粒进行分散。

还包括步骤5：利用显微镜对纳米颗粒进行TEM检测，分析形态结构。

显微镜采用透射电子显微镜。

一种使用金属丝电爆炸法制备碳包覆铜纳米颗粒的装置，包括电爆炸腔室，电爆炸腔室的外壳接地，内设有电极；碳棒的一端与外壳相连，另一端与电极相连；电极通过触发开关与电容相连，电容的另一端接地；电容的两端并联高压电源。

其进一步的改进在于：

还包括示波器，示波器的电压探头和罗氏线圈连接在电容与电极之间，用于采集电爆炸过程中的电压和电流波形。

电容为脉冲电容。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：