一种微米级球形镍粉的制备方法

技术领域

本发明属于微米磁性材料制备技术领域，具体涉及一种微米级球形镍粉的制备方法。

背景技术

无机微纳米材料的物理化学性质由其形貌和尺寸决定，因而在过去几十年里无机微纳米材料的形貌和尺寸控制合成发展迅速。伴随着无机微纳米材料控制合成技术的逐步发展，其应用场景也愈发广泛，现常用于微纳米电子器件的特定结构组装。微纳米磁性材料既展现出纳米材料的性质，其本身又带有独特的磁性，因而能够进一步拓宽其应用领域：磁传感、磁记录、生物分子剥离及靶向传递等。在铁、钴、镍中，镍空气中稳定性较好，不易被氧化，储存量较为丰富，因而应用最为广泛。

其中微纳米镍粉不仅比表面积大，而且表面能和表面张力随粒径减小而增加，一方面可增加材料间的接触面积，增强反应活性，另一方面可通过调节粒径大小，改善材料性能。另外，相对于块体材料，微米镍颗粒材料的内部独特排列方式赋予其独特的顺磁特性。因此，探究微纳米级镍粉的制备方式对产物的形貌控制有重要意义。

目前，用于制备镍微纳米粉的方法主要有：球磨法、磁控溅射法、溶胶凝胶法、热分解法、微乳液法等。但是这些方法仍存在产物纯度较低、原料利用率较少、成本较高、生产周期长、产物中分子间隙过大等问题。因此，如何通过简单的方式制备形貌可控的低维微米级球形镍粉仍然是一个难题。

相较而言，液相还原法成本较低、反应条件易于控制、生产周期较短，可以简单地制备微米级球形镍粉。在液相还原反应体系中，采用特殊试剂提供温和的条件，促使微纳米镍颗粒晶体的生成和生长缓慢进行，但是镍离子的标准电势电位低于贵金属，采用弱还原剂无法还原，因此需要采用水合肼、硼氢化钠等强还原剂合成低维微米级球形镍粉，而强还原剂纵然可以促使镍离子还原，同时也会增加还原速率，导致所制备的微纳米镍材料形貌难以控制。

因此，在低维微米级球形镍粉的实际制备过程中，通常需要镍离子还原和镍原子沉积生长的阶段分别进行控制：一方面，镍离子还原时，需要提供合适的还原剂，控制镍离子还原的速率，防止镍的晶种生长速率过快而产生无规则形貌产物；另一方面，在镍晶种定向聚集、生长过程中，需要选择特定的配体，保证镍原子沿晶面定向生长，最终获得所需形貌的低维微纳米镍材料。

在已报道的液相还原法制备微米级球形镍粉的方案中，通常选择在反应体系内加入长链氨基有机中间体，增加体系的密度，又可作为表面活性剂降低表面能，延缓反应速率。例如：Xuemin He等人采用乙酰丙酮镍作为前驱体，油胺作为还原剂和表面活性剂，在碱性环境下，245℃反应生成镍颗粒。虽然产物没有其他杂质，但反应温度较高，能耗较大，并且反应后表面活性剂的残留难以洗涤，因此清洗过程较为复杂，需要使用甲苯等危化品。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种微米级球形镍粉的制备方法。该方法采用“一锅法”的液相还原法，在碱性环境条件下利用水合肼还原，并通过在反应体系中加入水溶性的特定配体聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为结构导向剂，控制了还原后的镍微粒定向生长沉积，从而控制其形貌，制备微米级球形镍粉，且水热反应温度低，降低了能耗，无需采用难溶性的表面活性剂，解决了现有技术中镍原子的还原速率过快、能耗较高、洗涤过程复杂等问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种微米级球形镍粉的制备方法，其特征在于，采用液相化学还原法，在无硬模板辅助的条件下，将原料同时混合进行反应，制备得到粒径为1μm～5μm的微米级球形镍粉；该方法包括以下步骤：

步骤一、将镍源、聚乙烯吡咯烷酮、氢氧化钠、水合肼与H

步骤二、将步骤一中得到的蓝绿色悬浊液转移至电热恒温水浴锅中进行水热反应；所述电热恒温水浴锅为非磁力锅；

步骤三、采用磁铁对步骤二中水热反应的产物进行分离，然后分别采用H

上述的一种微米级球形镍粉的制备方法，其特征在于，步骤一中所述镍源为六水合硫酸镍或六水合氯化镍。本发明通过控制镍源种类，保证还原反应的顺利进行，得到具有磁性的水热反应产物，进而后续经磁铁分离得到产物微米级球形镍粉。

上述的一种微米级球形镍粉的制备方法，其特征在于，步骤一中所述镍源与聚乙烯吡咯烷酮的摩尔比为1:0.024～0.64。本发明的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)在反应过程中作为结构导向剂，首先在反应初期与Ni

上所述的一种微米级球形镍粉的制备方法，其特征在于，步骤一中所述镍源、氢氧化钠与水合肼的摩尔比为1:1.6～6.4:4.8～19.2。在酸性和中性条件下Ni

上述的一种微米级球形镍粉的制备方法，其特征在于，步骤一中所述镍源与H

上述的一种微米级球形镍粉的制备方法，其特征在于，步骤二中所述水热反应的温度为60℃～80℃，反应时间为1h～5h。本发明通过控制反应的温度，保证还原过程的顺利、高效进行，并有效控制产物球形镍粉的形貌，避免了温度过低导致还原反应无法进行或时间过长的缺陷，以及温度过高导致反应速率极快、晶体生长过程无法控制、球形镍粉形貌不佳的问题；通过控制反应的时间控制球形镍粉的生成过程，保证获得表面质量好的产物微米级球形镍粉，避免了反应时间过短无法获得球形镍粉，以及反应时间过长导致产物表面的毛刺生长、粗糙度增加的问题。

上述的一种微米级球形镍粉的制备方法，其特征在于，步骤三中所述真空干燥的温度为40℃～90℃。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明采用“一锅法”的液相还原法，将所有原料均投入到反应器中进行水热反应，在碱性环境条件下利用水合肼还原，并通过在反应体系中加入水溶性的特定配体聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为结构导向剂，控制了还原后的镍微粒定向生长沉积，从而控制其形貌，制备得到微米级球形镍粉。

2、本发明的制备方法工艺简单，操作方便，有效控制了镍原子的还原速率，通过在反应体系中加入PVP与Ni

3、本发明制备得到的微米级球形镍粉粒径均匀，球形度好且表面光滑，适用于微纳米电子器件领域。

下面通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步的详细描述。

附图说明

图1a为本发明实施例1制备的微米级球形镍粉的高倍SEM图。

图1b为本发明实施例1制备的微米级球形镍粉的低倍SEM图。

图2a为本发明实施例2制备的微米级球形镍粉的高倍SEM图。

图2b为本发明实施例2制备的微米级球形镍粉的低倍SEM图。

图3为本发明实施例2制备的微米级球形镍粉的XRD图。

图4a为本发明实施例3制备的微米级球形镍粉的高倍SEM图。

图4b为本发明实施例3制备的微米级球形镍粉的低倍SEM图。

具体实施方式

实施例1

本实施例采用液相化学还原法，在无硬模板辅助的条件下，将原料同时混合进行反应，制备得到粒径为4μm的微米级球形镍粉，包括以下步骤：

步骤一、将0.3g六水合氯化镍、0.003g PVP(M

步骤二、将步骤一中得到的蓝绿色悬浊液转移至非磁力锅的电热恒温水浴锅中，在60℃下进行水热反应5h；

步骤三、采用磁铁对步骤二中水热反应的产物进行分离，然后分别采用H

图1a为本实施例制备的微米级球形镍粉的高倍SEM图，图1b为本实施例制备的微米级球形镍粉的低倍SEM图，从图1a和图1b可知，该微米级球形镍粉的颗粒球形度较好，粒径均匀，平均粒径约为4μm。

实施例2

本实施例采用液相化学还原法，在无硬模板辅助的条件下，将原料同时混合进行反应，制备得到粒径为3μm的微米级球形镍粉，包括以下步骤：

步骤一、将1g六水合硫酸镍、0.15g PVP(M

步骤二、将步骤一中得到的蓝绿色悬浊液转移至非磁力锅的电热恒温水浴锅中，在70℃下进行水热反应2h；

步骤三、采用磁铁对步骤二中水热反应的产物进行分离，然后分别采用H

图2a为本实施例制备的微米级球形镍粉的高倍SEM图，图2b为本实施例制备的微米级球形镍粉的低倍SEM图，从图2a和图2b可知，该微米级球形镍粉的表面粗糙度较低，形貌均一，粒径约为3μm。

图3为本实施例制备的微米级球形镍粉的XRD图，从图3可以看出，该微米级球形镍粉的衍射峰所在位置2θ＝44.5°,51.8°和76.3度分别对应镍的(111)晶面，(200)晶面及(220)晶面，所有衍射峰的位置均与JCPDS标准卡片04-0850一致，可标准化指标为面心立方Ni。

实施例3

本实施例采用液相化学还原法，在无硬模板辅助的条件下，将原料同时混合进行反应，制备得到粒径为2μm的微米级球形镍粉，包括以下步骤：

步骤一、将3g六水合硫酸镍、0.804g PVP(M

步骤二、将步骤一中得到的蓝绿色悬浊液转移至非磁力锅的电热恒温水浴锅中，在80℃下进行水热反应1h；

步骤三、采用磁铁对步骤二中水热反应的产物进行分离，然后分别采用H

图4a为本实施例制备的微米级球形镍粉的高倍SEM图，图4b为本实施例制备的微米级球形镍粉的低倍SEM图，从图4a和图4b可知，该微米级球形镍粉的表面粗糙度较低，粒径约为2μm。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制。凡是根据发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。