多孔镍的制备与性能研究开题报告

1. 研究目的与意义

纳米技术是一种以现代先进的科学技术为基础，研究物质的大小在100 nm以内的新兴学科，随着科学技术的进步和现代工业的快速发展，纳米技术已经趋向成熟并在众多的领域中得到广泛的应用。纳米磁性材料是20世纪80年代出现的一种新型磁性材料。尺寸为纳米级时，由于纳米颗粒的尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等，和普通的金属粉末相比，它们会显示出更加新颖的材料性能。在纳米磁性材料中，金属磁性纳米粒子，以及具有核壳结构的球型粒子，近几年来受到了极大关注。

在纳米表征技术下，磁性纳米材料的应用日显勃勃生机。例如磁性材料与信息化、自动化、机电一体化、国防，国民经济的方方面面紧密相关，磁记录材料至今仍是信息工业的主体。磁性纳米材料的应用可谓涉及到各个领域。在机械，电子，光学，磁学 ，化学和生物学领域有着广泛的应用前景。磁性液体最先用于宇航工业，后应用于民用工业，这是十分典型的纳米颗粒的应用。磁性纳米颗粒作为靶向药物，细胞分离等医疗应用也是当前生物医学的一热门研究课题，有的已步入临床试验。软磁材料的发展经历了晶态、非晶态、纳米微晶态的历程。纳米做金属软磁材料具有十分优异的性能，高磁导率，低损耗、高饱和磁化强度，己经应用于开关电源、变压器。传感器等，可实现器件小型化、轻型化、高频化以及多功能化，发展十分迅速。磁电子纳米结构器件是20世纪末最具有影响力的重大成果。

纳米科学技术的诞生将对人类社会产生深远的影响。并有可能从根本上解决人类面临的许多问题。特别是能源，人类健康和环境保护等重大问题。下一世纪初的主要任务是依据纳米材料各种新颖的物理和化学特性设计出顺应世纪的各种新型的材料和器件，通过纳米材料科学技术对传统产品的改性，增加其高科技含量以及发展纳米结构的新型产品。已出现可喜的苗头，具备了形成下一世纪经济新增长点的基础。磁性纳米材料将成为纳米材料科学领域一个大放异彩的明星，在新材料，能源，信息，生物医学等各个领域发挥举足轻重的作用。

金属镍在催化、电池电极、磁性存储介质方面已经被广泛应用。镍纳米材料具有独特的磁、光、光电、催化等性能，在磁存储器、磁传感器、纳米光学器件、纳米电子器件叫和储氢材料等方面都具有广阔的应用前景，因而成为国内外专家的研究热点。纵观近几年金属镍纳米材料制备的发展，纳米镍由于比表面积大、活性高，在催化助燃领域的发展较为成熟。纳米镍作为一种新型功能材料，市场对它的需求量快速增长，因此寻找既经济简单、又无污染的纳米镍的制备方法非常迫切。随着研究投入的增加，制备方法日益多样化。制备纳米镍粉的方法很多，如羰基镍还原法，微乳液法，多元醇工艺、水热法、超声化学法、模板法等。在纳米材料的制备研究中，研究人员一直致力于对其组成、结构、形貌、尺寸、取向等方面进行控制，以使得制备出的材料具备各种预期的或特殊的物理化学性质。基于此，近年来模板法制备纳米材料引起了广泛的重视，该方法基于模板的空间限域作用实现对合成纳米材料的大小、形貌、结构等的控制。由于模板法合成纳米材料相比于其他方法有如下显著的优点：（1）模板法合成纳米材料具有相当的灵活性；（2）实验装置简单，操作条件温和；（3）能够精确控制纳米材料的尺寸、形貌和结构；（4）能够防止纳米材料团聚现象的发生，从而引起了广泛的关注。

2. 研究内容和预期目标

主要研究内容：利用现代科技文献的查阅方法和手段，通过网上图书馆、电子期刊等数据库，查阅有关科技文献资料，并对文献进行分析、研究。在此基础上拟定出具体实验方案，写出开题报告。

本实验主要研究多孔镍的制备方法和工艺性能，通过在实验中改变氯化钴浓度、改变不同配比的氯化钴和水合肼、改变花粉用量、改变氢氧化钠的用量来探索实验结果的变化。通过变化确定最佳的实验方法和实际用量。将制备所得的纳米镍粉通过sem、xrd、tem的检测，对纳米镍的形貌与结构进行表征。探索试剂配比、ph及反应时间对纳米粒径的影响。

预期目标：在确定工艺路线的基础上，选择具体条件，通过实验培养动手能力、独立思考问题、解决问题的能力和初步的科研素养。通过实验制得性能良好的多孔镍材料，通过探索和表征，确定最佳制备多孔镍的方法。

3. 研究的方法与步骤

1、花粉预处理

将油菜花粉倒入研钵中，加入少量乙醇将花粉润湿，将其不断研磨至浆糊状态。将浆粉倒入小烧杯中加入乙醇，乙醇与花粉的体积比为2:1，接着放入超声清洗机中，设置清洗时间为30分钟。清洗结束后先静置一段时间，然后将有颜色的乙醇倒掉再用乙醇清洗花粉4-5次，直至加入的乙醇纯净颜色较浅（乙醇与水混合后无白雾）。将烧杯放入烘箱（60℃以下），烘干过程中需搅拌，直至花粉干燥呈松散状态，若发现颗粒偏大，可再次在研钵中研磨至更细，然后称重。

2、多孔镍的制备

称取一定量的氯化镍，溶解于乙二醇中，加入三口烧瓶中，升温至60℃反应，加入表面活性剂pvp，取一定体积的水合肼，逐滴滴加进三口烧瓶，加入一定量的花粉，随后加入1 mol/l的氢氧化钠，调节ph至12，反应进行40-60min会有黑色镍粒子生成。完全反应后，将镍用磁铁吸出，用乙醇多次洗涤放入真空烘箱中干燥，取出后装入样品袋。

4. 参考文献

[1] 李宇农, 何建军. 纳米金属粉末研究进展[j]．粉末冶金工业, 2004, (01)34-39.

[2] 杜艳, 徐南平. 高活性纳米镍催化剂的制备及其催化性能的研究[j]. 高校化学工程学报, 2004, 18(04): 515-518．

[3] chen d h，hsieh c h．chemical synthesis and structural characterization of highly disordered ni colloidal nanoparticles. [j]. j. mater. chem., 2002, 12: 2412-2415．

[4] 张锡凤, 王爱丽. 修饰剂对液相还原法制备的纳米镍粒子形貌与尺寸的影响[j]．金属学报, 2006, 42(04): 383-388．

5. 计划与进度安排

1、第1~3周 (2022-03-01～2022-03-12)：查阅有关多孔镍制备的中外文献资料，了解国内外关于纳米材料的制备方法以及纳米金属材料的应用。实验探索所设计的方案是否可行，完成开题报告。并完成外文翻译。

2、第4~9周 (2022-03-13～2022-04-23)：选择最佳多孔镍的制备方案，对制备出的多孔镍进行形貌、粒径分析及化学结构表征，测量并分析。

3、第10~14周 (2022-04-24～2022-05-27)：改善工艺流程，找到合适的各试剂配比，使得制得的镍产量较高，性能较好。