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納米氧化銅的特性、應用及顆粒表征檢測淺析
2015年06月23日 發布 分類:粉體應用技術 點擊量:8734
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一、納米氧化銅特性簡介

 氧化銅粉是一種棕黑色的金屬氧化物粉末用途很廣。普通氧化銅是一種用途廣泛的多功能精細無機材料,主要應用在印染、玻璃、 陶瓷、醫藥及催化等領域。它可以作為催化劑及催化劑載體以及電極活化材料,還可以作為火箭推進劑,其中作為催化劑的主要成分,氧化銅粉體在氧化、加氫、NOCO、還原及碳氫化合物燃燒等多種催化劑反應中得到廣泛應用。納米氧化銅粉體具有比大尺寸氧化銅粉體更優越的催化活性和選擇性以及其他性能。納米氧化銅的粒徑介于1-100nm與普通氧化銅相比,它具有特殊的電學、 光學、催化等性質。納米氧化銅的電學性質使其對外界環境如溫度、濕度、光等十分敏感,因此采用納米氧化銅粒子包覆傳感器,可以大大提高傳感器的響應速度、靈敏度和選擇性。納米氧化銅的光譜性質表現為其紅外吸收峰明顯寬化,并有明顯的藍移現象。對氧化銅進行納米化制備,發現粒徑較小、分散性較好的納 米氧化銅對高氯酸銨的催化性能更高。納米氧化銅已引起人們的廣泛關注,并成為用途更為廣泛的無機材料之一。


納米氧化銅存在多種不同形貌的結晶狀態,下圖是常見的三種納米氧化銅結晶形態。

 


 

二、納米氧化銅的應用舉例

1作為催化劑和脫硫劑

Cu屬于過渡金屬,具有不同于其他族金屬的特殊電子結構和得失電子性能,可對不同的化學反應表現出良好的催化作用,在催化劑領域應用非常廣泛。當CuO粒子的尺度小至納米級時,由于納米材料特殊的多表面自由電子、高表面能等特性,從而可表現出比常規尺度CuO更高的催化活性和更為奇特的催化現象。納米CuO 是一種優異的脫硫產品可在常溫下表現出優異的活性,對H2S的脫除精度可以達到0.05 mg·m-3以下。經過優選,納米CuO3 000 h-1空速下穿透硫容達到25.3%,高于同類型的其他脫硫產品。


2納米CuO的抗殺菌性能

金屬氧化物抗菌過程可以簡單描述為在大于禁帶寬度能量的光激發下產生的空穴—電子對與環境中O2H2O發生作用產生的活性氧等自由基與細胞中的有機物分子發生化學反應進而分解細胞并達到抗菌的目的[26]。由于CuOp- 型半導體本身存在有空穴( CuO) +,可能與環境發生作用而起到了抗菌或抑菌的作用。研究表明納米CuO對肺炎、綠膿桿菌等具有良好的抑菌能力。


3納米CuO在傳感器方面的應用

傳感器可大致分為物理傳感器和化學傳感器。物理傳感器是以外界的光、聲、磁或溫度等物理量為對象,把檢出的光、溫度等物理量變成電信號的裝置。化學傳感器則是把特定化學物質的種類和濃度變成電信號的裝置。主要是利用敏感材料與被測物質中的分子、離子等相互接觸時直接或間接地引起電極電勢等電信號的變化來設計化學傳感器。由于可以將外界信號變成電信號來表示,傳感器廣泛用于環境監測、醫療診斷、氣象等諸多領域。

納米CuO 所具有的高比表面積、高表面活性、特異物性及極度微小性等優勢,使之對外界環境如溫度、光和濕氣等十分敏感,將其應用于傳感器領域可大大提高傳感器的響應速度、靈敏度和選擇性。


4、對推進劑熱分解的催化作用 

    超細納米級催化劑的應用是調節推進劑燃燒性能的重要途徑之一。在國防領域,高氯酸銨(AP)是復合固體推進劑的高能組分,它在AP系推進劑中占有60%~80%的比例,其特性對推進劑的性能起著至關重要的作用。納米氧化銅在固體推進劑領域,是一種重要的燃速催化劑。用噴霧熱解法制備出平均粒徑為30~50I吼的針狀氧化銅,附著于AP晶體表面而形成復合粒子,從而使AP的熱分解溫度降低,分解速度加快,分解的總放熱量增加。

 

三、納米氧化銅粉體顆粒的表征方法

納米粒子的粒度和形狀顯著影響納米粉體及其產物的性質和用途,因此,納米粉體測量技術在納米粉體技術研究開發中起著重要的作用。目前已經發展了多種粒度的測量方法,這些方法在實踐中不斷得到改進和完善。常見納米氧化銅的分析測試與表征見


檢測方法

物理及化學特性表征

透射電鏡(TEM

粒徑的形貌及大小

X射線衍射(XRD

粒子的晶型及晶粒尺寸

掃描電鏡(SEM

團聚體形貌及其尺寸

原子發射光譜(AAS

粒子化學成分定性、定量分析

紅外光譜(IR

粒子的中間體結構、粒子的結構

X射線熒光(XRFS

粒子化學成分

熱重分析(TG

顆粒表面吸附物的脫附與分解反應機理

差熱分析(DTA

顆粒的晶型轉變溫度

EDTA 化學分析

粒子化學成分、CuO含量

 

小結:納米氧化銅作為一種新型的材料都具有非常廣泛的應用,因為制備方法簡單,原料易得等因素受到很多人的關注。目前對于納米氧化銅的生產工業化最需要解決的問題,是粒子團聚問題。因為粒子的粒徑影響著材料的性質。團聚現象嚴重影響納米粒子的活性。目前解決這一問題的最主要的方法就是添加一些分散劑進行表面處理。粉體工作長期以來一直在尋找各種不同的方法來減小粒子的尺寸,但是想實現超細粉體甚至是納米粉體的長期穩定存在,消除團聚現象就目前而言還是相當困難,需要我們去不斷研究探索。


粉體圈 作者:梧桐)


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