納米金屬鎳表面有機(jī)改性及結(jié)構(gòu)與性能研究

納米金屬鎳表面有機(jī)改性及結(jié)構(gòu)與性能研究

0納米金屬鎳超微粉體表面重建是指通過表面活性劑的方法，將超微粉體表面產(chǎn)生氧化和物理效應(yīng)，改變微粉的表面狀態(tài)，改善或改變微粉的使用性質(zhì)。微納米金屬鎳是微波吸收劑,但由于微納米金屬鎳粉在吸波材料中易聚集,而使體系的單分散性變差,嚴(yán)重影響材料的吸波性能。日本專利采用Al2O3對納米磁性金屬微粒進(jìn)行表面改性,制成的薄層材料在1～10GHz波段獲得了高的吸波性能,但Al2O3包覆納米磁性金屬微粒的工藝未見報道。筆者采用液相法制備硬脂酸包覆微納米金屬鎳,獲得有機(jī)改性鎳粉。通過對產(chǎn)物的紅外表征和紫外吸收光譜分析包覆含量,來證實(shí)包覆層的存在,同時對包覆產(chǎn)物的分散性、潤濕性以及耐酸性進(jìn)行考察。1實(shí)驗(yàn)1.1包覆樣品實(shí)驗(yàn)在三口燒瓶中加入一定量的環(huán)己烷和硬脂酸,待硬脂酸完全溶解后,迅速加入適量鎳粉,水浴恒溫60℃,快速攪拌數(shù)小時后,冷卻至室溫,抽濾后在50℃烘干,制得包覆樣品。實(shí)驗(yàn)分別制備4種包覆樣品:1)0.5gY/10gNi,2)2.5gY/10gNi,3)5.0gY/10gNi,4)7.5gY/10gNi。其中Y代表硬脂酸,Y前的克數(shù)表示環(huán)己烷溶液中硬脂酸的溶解量;Ni前的克數(shù)表示包覆Ni的原始質(zhì)量。1.2表1和表21紅色用美國尼高力生產(chǎn)傅立葉紅外光譜儀,紅外漫反射法測定。2硬脂酸含量的測定日本島津UV-1601PC紫外-可見分光光度計。氯仿為溶劑配制硬脂酸標(biāo)準(zhǔn)溶液,測定波長λ=391nm處的吸光度,繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線(見圖1)為一直線,利用朗伯-比爾定律測定包覆樣品表面的硬脂酸含量。3粉體潤濕高度的測定取相同質(zhì)量的樣品,按文獻(xiàn)中的方法每隔一定時間記錄一次高度,記錄高度隨時間的變化值。按照Washburn方法,粉體潤濕高度h的平方與時間t的關(guān)系:h2=crrLcosθ/2ηθ為潤濕角,將h2對t進(jìn)行作圖。對于給定的體系,系數(shù)cγ、γL/2η可近似相等。因此,得到的直線斜率越大,說明水對粉體的潤濕效果越好,斜率為零,表示表面完全疏水。4紫外-可見分光光度法分別取未包鎳粉和包覆樣品各0.1g于10mL的2mol/L硝酸溶液中,水浴恒溫60℃,觀察各樣品的變色情況,記錄開始變色需要的時間,1h后用日本島津UV-1601PC紫外-可見分光光度計測各溶液的吸光度。5分散采用漏斗法測定,即取一定時間內(nèi)未通過漏斗的粉體質(zhì)量與樣品質(zhì)量相比來比較判斷。2結(jié)果與分析2.1硬脂酸吸收峰的表征紅外漫反射光譜法更能反映顆粒表面的組成信息,因此采用該法測定了包覆樣品(見圖2)。圖中出現(xiàn)了表征硬脂酸的吸收峰,3000cm-1左右的吸收峰歸屬于硬脂酸中—CH3和—CH2—基團(tuán)的伸縮振動,1700cm-1為CO基團(tuán)的吸收峰,此外,在1450cm-1附近的兩個峰是—CH3基彎曲振動吸收峰。此說明在鎳粉的表面形成了硬脂酸層。2.2硬脂酸含量測定結(jié)果采用液相法制備的包覆樣品中表面硬脂酸占總質(zhì)量的含量即包覆含量,測定結(jié)果見表1。隨著包覆溶液環(huán)己烷中硬脂酸含量的增大,包覆樣品表面的硬脂酸含量也略為增大,但是增大量較小。從4.4%～8.5%的包覆量來看,硬脂酸在鎳粉表面形成了多層包覆。2.3水的潤濕作用表面潤濕性的測定可以考察粉體親水性和疏水性,同時可以比較包覆樣品與未包覆樣品的表面性質(zhì)。金屬粉體潤濕高度h的平方與時間t的關(guān)系見圖3。鎳粉的h2-t直線斜率為0.2215,而同樣方法測定的各包覆樣品的h2-t直線斜率均為0,水對未包覆鎳粉有一定的潤濕作用,包覆上硬脂酸的鎳粉表現(xiàn)為強(qiáng)的疏水性。水對未包覆鎳粉的潤濕作用,可能是因?yàn)殒嚪郾砻娴膽覓戽I而產(chǎn)生吸附作用或表面的氧化,在鎳粉表面形成了極性—OH基團(tuán),從而可以被水潤濕。由此可見,超微金屬鎳粉表面可能因吸附大氣中的水后形成的—OH,在改性過程中與硬脂酸中羧基—COOH之間發(fā)生了類似酸與醇的酯化反應(yīng)(見圖4),從而實(shí)現(xiàn)化學(xué)包覆。2.4鎳粉表面包覆劑的選擇鎳粉在硝酸的氧化作用下,轉(zhuǎn)化為綠色的Ni2+。由表2可知,包覆后的樣品較未包覆鎳粉的變色時間要長,特別是5.0gY/10gNi的包覆樣品變色時間是未包鎳粉變色時間的3倍多,提高了鎳粉的耐硝酸氧化的性質(zhì)。而樣品與硝酸作用1h后,綠色溶液在λ=394nm的吸光度值也顯示相同的規(guī)律。即隨包覆溶液環(huán)己烷中硬脂酸含量的增大,在硝酸溶液中轉(zhuǎn)化的綠色Ni2+數(shù)量依次減少,吸光度值依次減小,也說明鎳粉表面包覆硬脂酸后,提高了鎳粉耐氧化性酸的作用。圖5是5.0gY/10gNi的包覆樣品與未包覆鎳粉的耐酸性實(shí)驗(yàn)的光譜圖。2.5硬脂酸含量的影響圖6為包覆溶液中硬脂酸濃度與滯留量的關(guān)系。由此可知,包覆樣品與未包覆的鎳粉相比,分散性得到了改善。但隨著包覆溶液中硬脂酸濃度的增大即包覆層中硬脂酸含量的增大,滯留量逐步降低,在(5gY/10gNi)達(dá)到最小值即分散性達(dá)到最佳,然后隨著包覆層中硬脂酸含量的繼續(xù)增大,滯留量增大,分散性有所下降。這可能是因?yàn)槲窗叉嚪郾砻娴摹狾H作用使鎳粉之間存在一定程度的團(tuán)聚,而當(dāng)金屬鎳粉表面包覆硬脂酸后,表面由親水基團(tuán)變?yōu)橛H油基,改善了分散性,但是當(dāng)鎳粉表面的硬脂酸過多時,由于不同顆粒的包覆層之間發(fā)生粘連使分散性下降。因此在包覆過程中,包覆溶液中硬脂酸量應(yīng)控制在5g左右。3包覆改性鎳粉的制備1)采用液相法可實(shí)現(xiàn)