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纳米镍粉的颗粒尺寸和形貌决定其性能,实现纳米镍粉的颗粒尺寸、形状和分散性的有效控制是获得高性能纳米镍粉的关键,也是扩大纳米镍粉应用领域的前提。为此,本博士论文致力于液相制备纳米镍粉的颗粒尺寸和形貌的控制,及镍粉的电、磁性能研究。本论文采用水合肼液相还原法,水浴加热制备出了球状和刺球状纳米镍粉,以聚乙烯吡咯烷酮PVP或其单体NVP为软模板,微波加热化学还原镍盐合成了表面布满纳米刺的线状镍粉。研究了钯离子浓度和镍离子浓度对纳米镍粉的颗粒尺寸影响,着重探讨了PVP及其单体NVP用量对纳米镍粉的分散性和形状的影响机理,提出了PVP与镍粉的作用机理和不同形状纳米镍粉的形成机制。最后,初步探索了纳米镍粉的形状对其电、磁性能的影响。本论文主要结论如下:
1.采用液相化学还原法成功合成了刺球状和线状纳米镍粉。研究了不同分子量PVP及其单体NVP作为分散剂对镍粉的形状和分散性的影响。
采用水和肼液相还原法,首次以聚乙烯吡咯烷酮单体NVP为分散剂,水浴加热合成了球状纳米镍粉,发现添加适量PVPK30是水浴加热合成刺球状镍粉的关键;首次采用微波加热化学还原法,以聚乙烯吡络烷酮PVP或其单体NVP为模板,快速高效合成了表面布满纳米刺的线状镍粉。发现分散剂PVPK30的添加量对镍粉的颗粒形状影响较大,NiCl<,2>浓度为0.05mol/L,PVPK30添加量小于1g/L或大于20g/L时,合成的为颗粒直径为60-80nm的球状纳米镍粉,PVPK30添加量分别为4g/L和8g/L时,可制备lOOnm和160nm的单分散刺球状镍粉。而PVPK15和NVP添加量对镍粉的形状影响较小,PVPK15和NVP添加量分别为1g/L-16g/L和0.1g/L-1g/L时,合成的都是球状纳米镍粉。NVP添加量大于10g/L时,产物为立方状的氢氧化镍。
分散剂不论采用PVPK30或PVPK15,还是单体NVP,其用量小于1g/L或大于10g/L时,制备的纳米镍粉颗粒团聚严重。添加适量的PVP或NVP时,镍颗粒表面吸附的分散剂产生的空间位阻效应大,合成纳米镍粉的分散性好。
2.探讨了PVP及其单体NVP与镍粉的作用机理,提出了刺球状和线状镍粉的形成机制。
镍粉的热重和红外分析发现:PVP及其单体NVP与镍粉的结合量均随着其浓度的增加而增大。PVP及其单体NVP分子与镍粉的结合方式既有物理静电吸附,又形成了化学键结合。
镍晶核各个方向的长大速度相同时,合成的纳米镍粉为球状。添加适量的PVPK30,其分子链在镍晶粒表面上呈伸展状态,镍晶核吸附有PVP分子的方向生长速度快,形成刺球状镍粉。规则排列的PVP分子作为镍晶粒长大与团聚的软模板导致了线状镍纷形成。
3.研究了纳米镍粉的形状对其电、磁性能的影响。
镍粉的形状对其电磁性能影响较大。实验对粉末压实体的电阻进行了测量。当线状镍粉的压制密度大于0.207 g/cm<'3>时,其体积电阻率远低于10<'6>Ω·m,而球状镍粉的压制密度增加到1.436 g/cm<'3>,其体积电阻率高于10<'6>Ω·m,线状镍粉的导电性能比球状镍粉的要好。刺球状镍粉的矫顽力和饱和磁化强度最大,分别达到3050e和47.3emu/g,刺球状镍粉可用作高密度磁记录材料。而线状镍粉的矫顽力和饱和磁化强度最小。