[发明专利]一种液氮中电弧制备碳包覆金属纳米颗粒的方法及装置

说明书

本发明公开了一种液氮中电弧制备碳包覆金属纳米颗粒的方法及装置，包括以下步骤：将金属棒的一端端面接触石墨棒的一端端面并浸入液氮中；金属棒接入直流电源一个电极，石墨棒接入直流电源另一电极；将石墨棒和金属棒分离至实验间隔距离，石墨棒和金属棒之间产生电弧，在液氮或在液氮中引入的气体氛围下维持电弧，直至达到实验要求时间，得到含有碳包覆金属纳米颗粒的液氮，所述石墨棒的一端端面和金属棒的一端端面始终位于液氮的液面之下；在含有碳包覆金属纳米颗粒的液氮中加入收集剂，待液氮挥发完毕，将收集剂进行烘干得到碳包覆金属纳米颗粒。本发明操作更加简单，生产效率高，成本更低。

技术领域

本发明属于纳米材料制造领域，具体属于提供一种液氮中电弧制备碳包覆金属纳米颗粒的方法及装置。

背景技术

近年来，碳包覆金属纳米颗粒作为一种核壳结构的纳米材料受到了研究人员的广泛关注，其在功能磁性材料、生物医学、吸波材料、量子器件、燃料电池等方面有着巨大应用前景。

在磁记录介质领域，碳包覆金属纳米材料随着磁性颗粒的粒径从微米级向纳米级改进，磁记录介质的磁记录密度也得到了极大的提升。在生物医学领域，碳包覆金属纳米颗粒凭借着其纳米级的粒径和生物组织具有良好的相容性，同时碳包覆作为一种安全无毒的包覆材料，可以有效避免金属纳米颗粒对于组织细胞的不利影响。在燃料电池领域，碳包覆纳米材料可以作为良好的阳极材料。因此对于碳包覆金属纳米颗粒的需求愈发迫切。

碳包覆金属纳米颗粒制备的方法主要有电爆炸法、球磨法、气体电弧法、水热法、化学气相沉积法、离子束法和激光法等。中国专利CN2019109480083公开了一种通过将九水合硝酸铁和有机碳源及乙二醇封入球磨罐中，高能球磨来制备碳包覆金属纳米材料的方法。专利CN201810379138.5公开了一种通过对于小分子金属有机盐高温加热制备超薄碳包覆金属纳米颗粒的方法。

现有的制备方法如气体电弧法和电爆炸法需要复杂的真空设备，球磨法的工艺参数难以调控，且制备副产物较多，水热法化学气相沉积法、激光法和离子束法等需要较为昂贵的实验设备且产率较低，仅适合实验室制备，在实际应用中存在较大局限性。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种液氮中电弧制备碳包覆金属纳米颗粒的方法及装置，解决目前制备碳包覆金属纳米材料操作复杂，制备设备要求高，成本较高和产率低的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种液氮中电弧制备碳包覆金属纳米颗粒的方法，包括以下步骤：

将金属棒的一端端面接触石墨棒的一端端面并浸入液氮中；

金属棒接入直流电源一个电极，石墨棒接入直流电源另一电极；

将石墨棒和金属棒分离至实验间隔距离，石墨棒和金属棒之间产生电弧，在液氮或在液氮中引入的气体氛围下维持电弧，直至达到实验要求时间，得到含有碳包覆金属纳米颗粒的液氮，所述石墨棒的一端端面和金属棒的一端端面始终位于液氮的液面之下；

在含有碳包覆金属纳米颗粒的液氮中加入收集剂，待液氮挥发完毕，将收集剂进行烘干得到碳包覆金属纳米颗粒。

进一步的，在将金属棒的一端端面接触石墨棒的一端端面前，还包括以下步骤：

打磨金属棒表面；

通过清洗剂冲洗金属棒和石墨棒的表面。

进一步的，所述金属棒的材质为金、银、铜、铁、镍、钴、铝、镁、锌或钛。

进一步的，所述直流电源的电流在10～1000A之间。

进一步的，所述石墨棒和金属棒分离的实验间隔距离为0～30mm。

进一步的，所述气体为氦气、氖气、氩气、氙气，二氧化碳或甲烷。