一种化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒制造技术

为了改善粉末合金的硬度、耐磨性，设计了一种化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒。采用乙酰丙酮钴，氢气无水乙醇，去离子水为原料，所制得的化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。其中，颗粒中Co核的尺寸在45nm，C壳层的厚度在15nm。随沉积温度逐渐升高，C壳层的结晶度更高，且Co核由HCP‑Co和FCC‑Co的混合物逐渐向纯FCC‑Co相转变。由于C壳层的保护作用，Co纳米核在130℃才开始缓慢地氧化，且结晶度高的C壳层对Co核的抗氧化保护效果更加明显。结晶度相对较低的C层更容易被氧化。本发明专利技术能够为制备高性能的核/壳结构的Co/C纳米颗粒提供一种新的生产工艺。

Preparation of Co/C Nanoparticles with Core/Shell Structure by Chemical Vapor Deposition

In order to improve the hardness and wear resistance of powder alloys, Co/C nanoparticles with core/shell structure were prepared by chemical vapor deposition. Co/C nanoparticles with core/shell structure were prepared by chemical vapor deposition using cobalt acetonate, hydrogen ethanol and deionized water as raw materials. Their hardness, densification and flexural strength were greatly improved. Among them, the size of Co core is 45 nm and the thickness of C shell is 15 nm. With the increase of deposition temperature, the crystallinity of C shell is higher, and the Co core is gradually transformed from the mixture of HCP_Co and FCC_Co to the pure FCC_Co phase. Because of the protective effect of C shell, C o nanoparticles begin to oxidize slowly at 130 C, and the protective effect of C shell with high crystallinity on CO core is more obvious. C layer with relatively low crystallinity is more easily oxidized. The invention can provide a new production process for preparing Co/C nanoparticles with high performance core/shell structure.

【技术实现步骤摘要】
一种化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒所属
本专利技术涉及一种粉末冶金材料，尤其涉及一种化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒。
技术介绍
化学气相沉积是一种化工技术，该技术主要是利用含有薄膜元素的一种或几种气相化合物或单质、在衬底表面上进行化学反应生成薄膜的方法。化学气相淀积是近几十年发展起来的制备无机材料的新技术。化学气相淀积法已经广泛用于提纯物质、研制新晶体、淀积各种单晶、多晶或玻璃态无机薄膜材料。这些材料可以是氧化物、硫化物、氮化物、碳化物，而且它们的物理功能可以通过气相掺杂的淀积过程精确控制。目前，化学气相淀积已成为无机合成化学的一个新领域。核壳是由一种纳米材料通过化学键或其他作用力将另一种纳米材料包覆起来形成的纳米尺度的有序组装结构。核壳结构由于其独特的结构特性，整合了内外两种材料的性质，并互相补充各自的不足，是近几年形貌决定性质的一个重要研究方向，在催化、光催化、电池、气体存储及分离方面有着广泛的应用前景。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了改善粉末合金的硬度、耐磨性，设计了一种化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒的制备原料包括：乙酰丙酮钴，氢气无水乙醇，去离子水。化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨，球磨时间为24h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后加至单柱液压机中进行压制成形。将制好的压坯放入脱蜡-低压烧结一体炉中进行烧结。化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒的检测步骤为：元素组成采用D250型X射线衍射仪分析，显微结构采用透射电镜检测，热稳定性采用综合热分析仪表征。所述的化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒，颗粒中Co核的尺寸在45nm，C壳层的厚度在15nm。随沉积温度逐渐升高，C壳层的结晶度更高，且Co核由HCP-Co和FCC-Co的混合物逐渐向纯FCC-Co相转变。所述的化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒，由于C壳层的保护作用，Co纳米核在130℃才开始缓慢地氧化，且结晶度高的C壳层对Co核的抗氧化保护效果更加明显。结晶度相对较低的C层更容易被氧化。本专利技术的有益效果是：采用乙酰丙酮钴，氢气无水乙醇，去离子水为原料，经过配料、球磨、干燥、制粒、成形、烧结工艺成功制备了具有优异力学性能的化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒。其中，随沉积温度逐渐升高，C壳层的结晶度更高，且Co核由HCP-Co和FCC-Co的混合物逐渐向纯FCC-Co相转变。所制得的化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒，其硬度、致密化程度、抗弯强度都得到大幅提升。本专利技术能够为制备高性能的核/壳结构的Co/C纳米颗粒提供一种新的生产工艺。具体实施方式实施案例1：化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒的制备原料包括：乙酰丙酮钴，氢气无水乙醇，去离子水。化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨，球磨时间为24h。球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后加至单柱液压机中进行压制成形。将制好的压坯放入脱蜡-低压烧结一体炉中进行烧结。化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒的检测步骤为：元素组成采用D250型X射线衍射仪分析，显微结构采用透射电镜检测，热稳定性采用综合热分析仪表征。实施案例2：在沉积温度为700℃时，沉积产物衍射峰分别对应于HCP晶面和FCC晶面。800℃下的沉积物700℃沉积物的衍射峰非常类似，但HCP-Co的峰强明显减弱。沉积温度为900℃时，产物中只检测到FCC和C的衍射峰。沉积物中HCP-Co的含量随沉积温度升高而降低。随合成温度从700℃升高到900℃，产物从HCP-Co和FCC-Co的混合物逐渐转变为纯FCC-Co。700℃沉积样品的粒径为21.8nm，800℃和900℃下沉积样品的粒径分别为33.1和34.4nm。实施案例3：7600℃下合成的Co/C颗粒的粒径分布在20~70nm之间，对200个颗粒的粒径进行统计分析，Co核的平均尺寸为36.8nm，该颗粒的C壳层厚度约13nm，C层厚度通常在10~20nm之间800℃下合成的产物，其Co核的平均尺寸约为02.1nm。900℃下合成产物的平均粒径为32.4nm。700℃下合成的Co/C颗粒的Raman光谱被波长为524nm的激光所激发。位于1353cm-1处的D峰对应于碳材料中的晶格畸变或无序结构。在1580cm-1处的G峰则对应于碳材料中的有序结构。通常用G峰与D峰强度的比值，即IG/ID表示材料的完整性或有序度。在600，700和800℃下合成Co/C颗粒的IG/ID值分别为1.40，1.46和1.62。此外，700和800℃合成的Co/C颗粒的G峰半高宽明显小于700℃下合成的样品，也表明C壳层的结晶程度随沉积温度升高而明显提高。实施案例4：Co在180℃的蒸发区发生升华而形成气相前驱体，气相前驱体在载气H2的作用下被传输到高温反应区，分解形成Co原子团簇和含C的气体，含C气体在Co原子团簇表面发生催化裂解产生C原子，C原子吸附在Co原子团簇表面形成Co/C原子团簇，Co/C原子团簇在高温气氛中由于相互碰撞而团聚，并通过Co和C原子互扩散而形成核壳结构的Co/C纳米颗粒，然后沉积在高温区的石英基底上。由于高温下FCC-Co为稳定相而室温下HCP-Co为稳定相。随沉积温度700升至900℃，产物由HCP-Co和FCC-Co的混合物逐渐过渡到纯FCC-Co。但由于相变温度跟气压、晶粒尺寸以及表面的C等之间有复杂的依赖关系，因此严格的转换温度与块体Co材料有所不同。实施案例5：不同温度下合成的Co/C颗粒均在260℃开始缓慢氧化。700℃下合成的样品在280℃处有明显放热，质量明显增加，该温度下Co核开始氧化，而800和900℃合成的样品均400℃以后才有明显的放热和质量增加，表明随合成温度升高，C层的结晶度增加，能对内部的Co核起到更好的保护作用。同时，700℃下合成的产物从400℃开始出现质量显著下降的现象，700和900℃合成的样品质量下降温度均在500℃附近。很显然，这是由于700℃下形成的C层结晶度相对较低，更容易被氧化。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒的制备原料包括：乙酰丙酮钴，氢气无水乙醇，去离子水。

【技术特征摘要】
1.一种化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒的制备原料包括：乙酰丙酮钴，氢气无水乙醇，去离子水。2.根据权利要求1所述的化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒，其特征是化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒的制备步骤为：将原料按实验设计方案称重、配料，配好后倒入球磨机中进行湿磨，球磨时间为24h，球磨结束后，将制得的粒料进行真空干燥，随后加至单柱液压机中进行压制成形，将制好的压坯放入脱蜡-低压烧结一体炉中进行烧结。3.根据权利要求1所述的化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒，其特征是化学气相沉积法制备核/壳结构的Co/C纳米颗粒的检测步骤为：元素组...

【专利技术属性】
技术研发人员：高明超，
申请(专利权)人：沈阳东青科技有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁,21