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柠檬酸镍制备金属镍纤维热分解过程研究杨晓娇１，刘颖１，２，李军１，张晓燕１（１．四川大学 材料科学与工程学院，四川 成都 ６１００６５；２．先进特种材料及制备加工技术教育部重点实验室，四川 成都 ６１００６５）摘 要： 以柠檬酸和碱式碳酸镍为原料，采 用 溶 胶－凝胶法制备柠檬酸镍前驱体纤维，在 Ａｒ气气氛下热分 解 得 到 金 属 镍 纤 维。 通 过 ＦＥ－ＳＥＭ／ＥＤＳ、ＤＳＣ－ＴＧ、ＸＲＤ、ＦＴ－ＩＲ 和 ＸＰＳ 对金属镍纤维的 形 貌、前 驱 体 的热分解过程及纤维的物相组成进行表征。 结果表明柠檬酸镍前驱体纤维在 ３００℃ 热处理时出 现 金 属 Ｎｉ，且 热分解过程中没有氧化镍出现。 故金属镍纤维是由前 驱体直接热分解形成，不经过氧化镍热还原过程。关键词： 柠檬酸镍；溶胶－凝胶；热分解；镍纤维水，得到具有可纺性的前驱体凝胶；用平板拉丝法将凝胶纺丝得到纤维素丝，置于烘箱内干燥２４ｈ 得到前驱 体纤维。 将前驱体纤维置于管式炉中，在 Ａｒ气气氛下 不同温度热处理得到金属镍纤维，分 别 为 Ｓ１－１５０℃、 Ｓ２－２００℃、Ｓ３－３００℃和 Ｓ４－５００℃。纤维的表征采用日本 Ｈｉｔａｃｈｉ公司的 Ｓ－４８００型场发射扫描电 子显微镜（ＦＥ－ＳＥＭ）观察样品的形貌，同 时 利 用 英 国 Ｏｘｆｏｒｄ公司生产 的ＩＥ２５０ 型 Ｘ 射 线 能 谱 仪 （ＥＤＳ）分 析样品微 区 的 元 素 组 成；采 用 中 国 丹 东 方 圆 公 司 的 ＤＸ－２０００型 Ｘ 射 线 衍 射 仪 （ＸＲＤ）分 析 纤 维 的 物 相 组 成；采用德国 Ｎｅｔｚｓｃｈ 公司的 ＳＴＡ４４９Ｃ 型同步热分 析仪（ＤＳＣ／ＤＴＡ－ＴＧ）研究前驱体纤维的热分解过程； 采用美国 Ｎｉｃｏｌｅｔ公司的 Ｎｉｃｏｌｅｔ５６０ 傅里叶变换红外 光谱仪（ＦＴ－ＩＲ）研究柠檬酸镍凝胶的形成及前驱体纤 维的热分解过 程；采 用 英 国 Ｋｒａｔｏｓ公 司 的 ＸＳＡＭ８００ 型 Ｘ 射线电子能谱仪（ＸＰＳ）分析各元素在热分解过程 中的价态变化。２．２中图分类号： ＴＱ３４３．６文章编号：１００１－９７３１（２０１１）０８－１４７４－０４文献标识码：Ａ引言１金属镍纤维化使其热阻、磁性、内部结构和表面性能等发生显著变化，从而具有良好的 导 电、导 热、耐 高 温、耐腐蚀等优异性能。 目前镍纤维已 在 纤 维 增 强 复 合材料、吸波材料等［１，２］领域得到 广 泛 应 用。 近 年 来， 金属纤维的生产方法除传统 的 物 理 法［３］外，各 种 新 兴 的制备方法也备受关注，如模板法［４，５］、静电纺丝法［６］、 磁场引导法［７］、溶胶－凝 胶 法 等［８］。 其 中，有 机 凝 胶－热 还原法工艺简单，操作方便，在低温条件下就能得到可 精确控制其成分的高纯度高均质材料，故近年 来 该 方 法在制备金属合金纤维领域倍受青睐。目前，已有许多有机凝胶－热还原法制备各种纤维 的报道［９］，但对制备金属镍纤维的热分解过 程 研 究 鲜 有报道。 本文 采 用 溶 胶－凝 胶 法 制备柠檬酸镍前驱体 纤维，在 Ａｒ气气氛下热处理得到金属镍纤维，并对热 分解过程进行探讨，为有机凝胶－热还原法工业化生产 金属镍纤维提供实验依据和理论参考。结果与讨论３金属镍纤维的形貌与结构图１ 为 Ｓ４－５００℃ 的 ＳＥＭ 照 片 和 选 区 ＥＤＳ 谱 图。 由图１ 所示纤维的直径约 ５μｍ 左右，表 面 光 滑，没 有 出现表面塌陷、孔洞和坑洼等现象。 图１（ａ）的小图为 样品纤维放大区域，图中的颗粒为镍晶粒，晶粒大小为１００～２００ｎｍ，结合图１（ｂ）的选区 ＥＤＳ 图谱可知，纤维 表面由镍金属颗粒和碳构成，镍晶粒堆积并埋 于 碳 堆 中构成纤维表面，纤维５００℃ 热处理后基 本 组 成 为 Ｎｉ 和 Ｃ。图２ 为前驱体纤维和不同温度热处理所得纤维的 ＸＲＤ 谱图。 前驱体纤维、Ｓ１－１５０℃ 及 Ｓ２－２００℃ 的衍射 曲线没有出现衍射峰，表明前驱体纤维为无形性结构，镍离子与羧酸根反应形成新的无定形羧酸盐，与 文 献［１１］的结 果 一 致。 当 热处理温度低于 ２００℃ 时，纤 维 的原子空间排布仍然呈现杂乱状态，且没有生 成 结 晶 相的新物质。Ｓ３－３００℃的衍射曲线在２θ＝４４．３、５１．７、７６．１°处出现明显的衍射峰，该衍射峰的位置及相对强度与金属镍的标准 ＰＤＦ 卡 片（ＰＤＦ Ｎｏ．０３－０６５－０３８０）３．１实验２金属镍纤维的制备柠檬酸（Ｃ６Ｈ８Ｏ７ ·Ｈ２Ｏ）和碱式碳酸镍（ＮｉＣＯ３ ·２Ｎｉ（ＯＨ）２ ·４Ｈ２Ｏ）均为分析纯试剂，蒸馏水为一次蒸 馏水。将柠檬酸与碱式碳酸镍按一定的摩尔比，均 匀 混合于２００ｍＬ 蒸馏水中，水浴６０℃ 搅拌反应２４ｈ