纳米Cu2O的制备方法及性能研究进展.doc

纳米的制备方法及性能研究进展 严凤宝 材料工程101 205100134 摘要： 纳米氧化亚铜是一种新型的p型半导体材料，具有独特的光、磁学特性，在诸多领域有着广泛的应用。本文综述了纳米Cu2O的研究进展，重点介绍了纳米Cu2O的制备方法、性能和应用，并简要阐明了纳米Cu2O的发展趋势。 关键字：纳米Cu2O；制备方法；应用；研究进展 1前言 纳米材料已在物理、化学、医药学、航空航天等诸多领域表现出良好的应用前，纳米氧化亚铜(Cu2O)粒径介于1～100nm，禁带宽度较窄(约为2.0eV)，制备成本很低，作为一种金属缺位p型半导体材，纳米级氧化亚铜具有特殊的光学、磁学、电学及光电化学性质，在太阳能电池、传感器、超导体、制等方面有十分广泛的应用甚至有专家预言纳米氧化亚铜可以在环境中处理有机污染物，因此研究制备纳米氧化亚铜的方法就成为当前的研究热点之 。 近年来，很多工作致力于控制合成Cu2O微米和纳米晶体结构。其合成方法报道多样，且纳米微晶形貌因制备方法和条件不同而异。目前主要的合成方法有辐射法、固相法、电化学方法。 本文对纳米氧化亚铜合成方法进行综述，同时对各方法的特点和应用情况进行分析阐述，以期对相关研究人员提供参考。 2纳米Cu2O的制备方法 2.1辐射法 辐射法是制造纳米Cu2O的一种重要的方法，主要包括γ射线辐射法、超声波辐射法、红外辐射法。其反应机理各有不同。 2.1.1γ射线辐射法 微乳液是制备尺寸可控纳米材料的一种重要微型反应器，在纳米粒子形成前先要在体系中形成微乳液。用γ射线辐照含有的微乳液能够将其还原成Cu2O纳米粒子。通过γ辐射，微乳液中的油相辐解产生大量的电子，首先被电子还原成，再经过水解得到Cu2O。 2.1.2超声波辐射法 超声波化学效应源于超声所产生的空化气泡和溶剂界面发生的声致发光现象。一方面溶剂水在高强度超声作用下裂解成氢和氧氢根自由基，另一方面超声空化作用在溶液中产生强烈的冲击波和高速的微射流，可将不溶于水的大颗粒粉碎为小颗粒，同时粒子的表面形貌、组成以及反应活性均发生显著变化。利用该方法以CuCl为原料在一定的温度下制备Cu2O纳米粒子的反应机理如下。 而且溶液中的能够控制的形貌。 2.1.3红外辐射法 红外辐射法是20世纪80年代末发展起来的一种新合成方法，最大的特点是反应温度为室温，具有便于操作和控制、不使用溶剂、高选择性、高产率、节省能源、合成工艺简单等优点。具体制备方法如：在红外灯照射下，将一定比例的NaOH和CuC1在玛瑙研钵中充分研磨20min后制得黄色Cu20纳米晶。 使用红外辐射法可以得到一定尺寸的CuO晶体，但无法预控晶体粒径，因此合成过程中的制备条件可控性较差，制备过程复杂，成本也较高。 2.2固相法 固相反应最大的特点在于反应温度便于操作和控制。此外还有不使用溶剂、高选择性、高产率、节省能源、合成工艺简单等特点。固相反应法制备氧化亚铜的缺点是能耗巨大，三废污染严重，而且不容易制得纯度高、颗粒小的氧化亚铜，生产效率低下。固相反应法有低温固相法、粉末冶金烧结法和机械化学法等。 2.2.1　低温固相反应法 此种方法具有操作简单、反应迅速的特点，但由于均为固相物质，很难混合充分，产率不理想。应用较少但有一定代表意义。 例如，钱红梅等[13] 在以硫酸铜、氢氧化钠、葡萄糖为原料，采用高能球磨的方法室温固相合成了直径为10~20nm的氧化亚铜粉体。具体工艺为：按一定质量比把以上3种原料混合均匀，分别滴加10滴水和助磨剂，用行星式四头快速球磨机分别高速球磨0.5h、lh、1.5h后得到红棕色浆体，浆体经蒸馏水、无水乙醇洗涤3次烘干后即得橙黄色纳米Cu2O粉末，在3种不同球磨时间内得到的氧化亚铜纳米粒子粒径分别为14nm、13nm、llnm，直径相近。 2.2.2　粉末冶金烧结法 由于高温燃烧反应 (CuO +Cu→)过程是以铜粉作还原剂，与固体氧化铜进行固相反应制得，固相反应存在反应不均匀、不彻底等固有缺点，因而制得的Cu2O粉末中往往含有铜和氧化铜杂质，难于去除。另外Cu2O 粉末粒度取决于Cu粉和Cu2O粉的粗细，且煅烧时容易板结、难分散。因此，该法很难得到纳米级产物。 2.2.3　机械化学反应法 机械化学法制备纳米粒子基本原理是利用机械能来诱发化学反应和诱导材料组织、结构、性能变化，从而制备新材料或对材料进行改性、复合处理等，具有反应过程易控制、可连续批量生产等优点，但能耗较高而且易造成无机粒子的晶型破坏、包覆不均。实验表明在一定范围内，随着浓度的减小，得到单相纳米Cu2O的球磨时间和粒子尺寸也逐渐减小。 在球磨罐中加入不同pH值的水溶液也对Cu2O粉末的尺寸和形貌有重要影响，研究证明在pH=3时球磨反应速度较快，但pH=12时产物颗粒尺寸较小。在球料