鎳具有磁性、導(dǎo)電性、高溫穩(wěn)定等性質(zhì)。制備成超細(xì)鎳粉具有極大的表面效應(yīng)和體積效應(yīng)，在電性能、吸波、熱阻、光吸收、化學(xué)活性等方面表示出一系列特殊的性質(zhì)，因而在電子漿料、金屬陶瓷化、屏蔽吸波材料、催化劑、電池材料等許多領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
超細(xì)鎳粉的一系列物理化學(xué)性質(zhì)都隨粉末形貌、顆粒大小及分布而改變，如何通過(guò)控制反應(yīng)條件制備出滿(mǎn)足需要的具有一定形狀、大小及分布的顆粒，是超細(xì)鎳粉研究的一個(gè)重要方面。
超細(xì)鎳粉的制備方法
1. 氣相法
1.1蒸發(fā)-冷凝法
蒸發(fā)-冷凝法生產(chǎn)超細(xì)鎳粉的過(guò)程為：將金屬鎳加熱到1425℃汽化，蒸氣急速冷凝即可制得鎳粉。采用真空環(huán)境蒸發(fā)可以降低蒸發(fā)溫度，如在1.33Pa壓力下加熱到700℃即得到鎳蒸氣。蒸發(fā)-冷凝法在理論上可以制備任何材料，其特點(diǎn)是所制取的超細(xì)粉末表面清潔，粒徑可調(diào)，結(jié)晶形狀一般為球形，特別適合于金屬超細(xì)粉末的制備。
1.2羰基鎳熱分解法
羰基鎳熱分解法于1889年由英國(guó)蒙德等提出。它主要分兩步進(jìn)行：第一步是制備羰基鎳，第二步是分解羰基鎳獲得鎳粉。該法比較實(shí)用，生產(chǎn)的鎳粉純度非常高，用途比較廣泛。
1.3化學(xué)氣相沉淀法
化學(xué)氣相沉積法又稱(chēng)氣相氫還原法。該方法是在高溫下使氯化鎳揮發(fā)，然后在氫氣氣氛下還原為金屬鎳原子，通過(guò)形核、生長(zhǎng)、碰撞等過(guò)程，得到球形超細(xì)鎳粉?；瘜W(xué)氣相沉積法由于其結(jié)晶溫度高，因而所生產(chǎn)的鎳粉結(jié)晶性好，純度高，顆粒粒度可控。該法能夠以較低的生產(chǎn)成本生產(chǎn)粒徑均勻的球形超細(xì)鎳粉，適合于MLCC中代替金屬鈀的電極材料，其價(jià)格可與傳統(tǒng)的電容器電極材料相競(jìng)爭(zhēng)，但是所需設(shè)備比較昂貴，而且設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。
1.4電爆炸絲法
電爆炸絲法是制備鎳粉的一種較新的方法，它是在充滿(mǎn)惰性氣體的反應(yīng)室中，對(duì)鎳絲施加直流高壓電，在鎳絲內(nèi)部形成很高的電流密度，使鎳絲爆炸獲得超細(xì)鎳 粉。鎳絲可通過(guò)一個(gè)供絲系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入反應(yīng)室中，從而使上述過(guò)程可重復(fù)進(jìn)行。
2.液相法
2.1高壓氫還原法
在高壓釜內(nèi)，有催化劑存在條件下，可以用氫氣還原鎳的氨性水溶液或不溶于水的堿式碳酸鎳、氫氧化鎳等水漿液，制得超細(xì)鎳粉。
2.2液相還原法
液相還原法就是將反應(yīng)物配制成一定濃度的溶液，利用還原劑將液相中的鎳還原出來(lái)，其反應(yīng)機(jī)理是氧化還原反應(yīng)。所用的還原劑一般為水合肼、NaBH4、KBH4以及多元醇。液相還原法的優(yōu)點(diǎn)為原料來(lái)源廣泛，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，產(chǎn)品純度高，顆粒尺寸小、分布均勻。但其缺點(diǎn)為還原劑硼氫化鈉價(jià)格昂貴，且水合肼有毒。
2.3微乳液法
“微乳液”定義為兩種不互溶的液體形成的熱力學(xué)穩(wěn)定、各向同性、透明或半透明的分散體系，體系中包含由表面活性劑形成的界面膜所穩(wěn)定的其中一種或兩種液體的液滴。微乳液將連續(xù)介質(zhì)分散成為微小空間，微乳液法已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于超細(xì)鎳粉的制備。高保嬌等研究了在水(溶液)／二甲苯／十二烷基硫酸鈉／正戊醇反相微乳液體系內(nèi)，用水合肼在強(qiáng)堿性環(huán)境中恒溫水浴條件下還原硫酸鎳，通過(guò)控制微乳液體系的構(gòu)成，可調(diào)整產(chǎn)物的粒徑，制得球形、粒徑分布均勻的超細(xì)金屬鎳粉。
2.4超聲霧化-熱分解法
超聲霧化-熱分解法是一種生產(chǎn)具有獨(dú)特性質(zhì)微粒的重要方法，該方法利用了超聲波的高能分散機(jī)制，目標(biāo)物前驅(qū)體母液經(jīng)過(guò)超聲霧化器產(chǎn)生微米級(jí)的霧滴，并被載氣帶入高溫反應(yīng)器中發(fā)生熱分解，從而得到粒徑均勻的超細(xì)粉體材料。超聲霧化-熱分解法由于目標(biāo)成分易控制，前驅(qū)物來(lái)源廣泛，產(chǎn)品粒度分布較窄而且粒徑可控。
2.5電解法
在電解池中加入含Ni2十溶液，以鎳板作陽(yáng)極，石墨或貴金屬作陰極，接通電源并周期性改變電流方向，生成的鎳粉沉積在電解池底部，之后用磁性材料收集。該法是目前工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用較多的一種方法，但存在腐蝕性強(qiáng)、勞動(dòng)條件差、耗能較高并易造成一定程度環(huán)境污染的問(wèn)題，需要對(duì)工藝進(jìn)行改進(jìn)。
2.6射線輻射合成法
γ射線輻射金屬鎳鹽溶液制備超細(xì)鎳粉的基本原理是：水在γ射線輻射下能產(chǎn)生大量的粒子，這些粒子中水合電子和氫原子具有較強(qiáng)的還原能力，可將金屬鎳離子逐級(jí)還原，新生成的鎳原子聚集成核，最終生成超細(xì)顆粒。通過(guò)控制溶液濃度、pH值、輻照劑量，可以控制微粒的尺寸和形狀。
3.固相法
3.1機(jī)械破碎法
機(jī)械破碎法是利用機(jī)械力將大塊料破碎為所需顆粒的方法，根據(jù)機(jī)械力的不同，可分為氣流沖擊法、機(jī)械球磨法以及超聲波粉碎法。機(jī)械球磨法是目前制備超細(xì)鎳粉比較經(jīng)濟(jì)的一種方法。機(jī)械球磨法的優(yōu)點(diǎn)是操作工藝簡(jiǎn)單，成本低廉，制備效率高，且能夠制備出常規(guī)方法難以獲得的高熔點(diǎn)金屬超微顆粒。它的缺點(diǎn)是粒徑分布不均勻，純度較低。
3.2固相分解法
V．Rosenbanddeng用石墨作為反應(yīng)器，在氬氣環(huán)境中加熱分解固體甲酸鎳制備了鎳粉，得到的鎳粉平均粒徑為0.4-0.6μm，粉末形狀為近球形。該種方法制得的鎳粉純度很高，通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)，可以制得滿(mǎn)足MLCC內(nèi)電極用條件的鎳粉，但是該種方法制取鎳粉的成本較高。
超細(xì)鎳粉的應(yīng)用
1. 電池材料
鎳氫電池和鋰離子電池作為新型二次電池在新能源材料中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。鋰離子電池以其比能量高、電池電壓高、工作溫度范圍寬、儲(chǔ)存壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用于軍事和民用電器中。而鋰離子電池正極材料的發(fā)展也經(jīng)歷了曲折的歷程，目前廣泛應(yīng)用的主要是LiCoO2，而廉價(jià)的LiNiO2和LiMnO2正在廣泛的研究和試用中。LiNiO2的晶體結(jié)構(gòu)與LiCoO2的相似，但其價(jià)格相當(dāng)?shù)土冶热萘看?。LiNiO2的合成條件比較苛刻，這也是當(dāng)前LiNiO2正極材料大規(guī)模開(kāi)發(fā)必須要突破的關(guān)鍵問(wèn)題。
2.磁性材料
超細(xì)鎳粉是一種優(yōu)良的磁性材料，它可以分散在載液中形成磁流體；具有規(guī)范棒狀或線形的納米鎳粉可以制作高存儲(chǔ)密度的“量子磁盤(pán)”，有人利用Ni—Fe和Ni—Co等的磁電阻效應(yīng)試制磁頭，這種磁頭讀出電壓高，不需要線圈，避免了感應(yīng)磁頭在記錄密度很高時(shí)響應(yīng)慢的缺點(diǎn)。
3.硬質(zhì)合金
硬質(zhì)合金自1923年問(wèn)世以來(lái)，金屬鈷一直被認(rèn)為是最好的粘結(jié)金屬，但因其價(jià)格昂貴，供應(yīng)也不穩(wěn)定，使得具有同樣粘結(jié)性質(zhì)而價(jià)格卻相對(duì)便宜的鎳逐漸受到青睞。
4.催化材料
超細(xì)鎳粉是一種優(yōu)良的化學(xué)催化劑材料。粒徑小于5nm，以Si為載體的Ni納米顆粒催化劑，不僅表面活性好，而且使丙醛氫化反應(yīng)中的選擇性急劇上升；用Ni／SiO2作乙烷氫解的催化劑，當(dāng)顆粒尺寸由22nm減小至2.5nm時(shí)，催化反應(yīng)速率增加10倍；納米鎳粉催化環(huán)辛二烯加氫生成環(huán)辛烯，活性是傳統(tǒng)骨架Ni的2—7倍，選擇性則提高5倍以上。
5.吸波材料
利用其優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)磁特性，將超細(xì)鎳粉與高分子基體材料復(fù)合可以制備電磁波屏蔽材料?；诔?xì)鎳粉導(dǎo)電涂層的吸收和散射電磁射線的電子矢量能力強(qiáng)、磁矢量衰減幅度大，經(jīng)過(guò)特殊處理后具有優(yōu)良的抗氧化、抗腐蝕和抗潮濕能力，所以在電磁波屏蔽材料中所占比例越來(lái)越大。
6.軍用特種材料
超細(xì)鎳粉在軍事領(lǐng)域主要應(yīng)用于固體火箭推進(jìn)劑和火炸藥的納米催化復(fù)合材料。采用鎳粉可以提高同體推進(jìn)劑和火炸藥的燃速并降低臨界分壓。據(jù)報(bào)道，在固體火箭推進(jìn)劑中加入約1％的納米鎳粉，其燃燒效率增加100倍。
7.多層陶瓷電容器MLCC
隨著電子整機(jī)產(chǎn)品市場(chǎng)格局的調(diào)整，移動(dòng)通信設(shè)備和便攜式計(jì)算機(jī)發(fā)展迅速，為MLCC的發(fā)展帶來(lái)巨大的市場(chǎng)空間。傳統(tǒng)的MLCC電極材料為Pd／Ag合金或純Pd，目前用量最大的Pd30／A970內(nèi)電極進(jìn)口漿料的價(jià)格高于2.5萬(wàn)元／kg，所以采用賤金屬材料替代Pd／Ag電極是MLCC發(fā)展的重要趨勢(shì)。為了兼顧大容量和低成本要求，賤金屬Ni電極是最好的選擇。
此外，超細(xì)鎳粉在多孔材料、手性材料、噴涂材料、納米復(fù)合電鍍材料以及在改善潤(rùn)滑油摩擦磨損性能等方面也有廣泛應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
李啟厚等. 超細(xì)鎳粉的制備、應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
郭順等. MLCC用超細(xì)鎳粉的制備方法及發(fā)展趨勢(shì)
宋書(shū)清等. 超細(xì)鎳粉的制備及應(yīng)用