CN101015774A

CN101015774A - 纳米金属分散液及其制备方法

Info

Publication number: CN101015774A
Application number: CN 200610130563
Authority: CN
Inventors: 刘津平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-12-25
Filing date: 2006-12-25
Publication date: 2007-08-15

Abstract

本发明提供一种纳米金属分散液及其制备方法，其制备方法简便，可以高效率、低成本地工业化生产高纯度、高均匀性、化学组成高精确性的纳米金属分散液。本发明的纳米金属分散液具有纯度高、固体分高、导电性优良、稳定贮存、单分散性好、不凝聚、不沉降等优点，可广泛用于广泛用于涂料、油墨、电子工业等领域。

Description

纳米金属分散液及其制备方法

技术领域

本发明属于纳米材料与制品制造领域，涉及一种纳米金属材料和制品的制造方法，特别涉及纳米金属分散液及其制备方法。

背景技术

纳米材料已成为材料科学研究的一个重要课题。制备高纯度、高均匀性、化学组成高精确性的纳米粉体及其溶液和分散液是纳米材料研究的前提。纳米金属是纳米材料中的一类重要材料，它与其分散液得到越来越广泛到应用。

中国专利ZL02142370.9提供了一种连续制备纳米金属、合金及其混合物溶胶的方法，该方法采用激光轰击(或熔蚀或溅射)固液界面制备金属、合金及其混合物溶胶，其特征是激光束在氦气、氩气、氮气、氢气或二氧化碳保护下轰击浸于连续流动液相中的、不断作相对移位的金属(合金或其混合物)靶表面，制备金属(合金或其混合物)溶胶。流动液相可选择水、低级醇、烃、醚、酯、低聚醚、液态有机硅化合物、液体萜烯、液态聚合物单体。固体金属靶组分是Ti、-V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Y、Zr、Nb、Mo、Tc、Ru、Rh、Pd、Ag、Cd、Bi、In、Sn、Sb、Hf、Ta、W、Re、Os、Ir、Pt、Hg、Pb和稀土元素及其合金或混合物。但其制造成本较高。

中国专利ZL03133528.4公开了一种纳米金属粉体分散液及其制备方法，按重量比计，该组合物由一次粒子的平均粒径在150nm以下的纳米金属粉体5-80％、分散剂0.3-18％、稳定剂0.3-7％、余量的分散介质组成；其制备方法是将分散剂加入分散介质中，再加入纳米金属粉体和稳定剂，用高速分散机600-3500rpm分散15-60分钟，所得的纳米金属粉体分散液研磨20分钟-18小时，制成纳米金属粉体分散液。

中国专利公开说明书CN 200480031492.5提供一种能够以微细的液滴的形状喷射、层叠涂布的金属纳米粒子分散液，它可以利用于具有极微细的图案形状并且截面形状的厚度/最小宽度的比率高的导电体层的形成，在以高精度描绘微细的图案形状时，具有可以适用喷墨法的高的流动性，作为导电体媒介而仅利用金属纳米粒子。

中国专利公开说明书CN 200480025954.2公开了一种金属纳米粒子、其分散液及其制造方法、以及金属细线和金属薄膜及其制造方法。该金属纳米粒子在各个金属的周围附着有作为分散剂的有机金属化合物。该金属有机化合物包含选自贵金属和过渡金属的至少1种的金属或由这些金属的至少2种形成的合金，是脂肪酸的有机金属化合物、胺的金属配位化合物或脂肪酸的有机金属化合物与胺的金属配位化合物的混合物。通过将该有机金属化合物和胺的金属配合物混合，接着进行还原处理，得到包含5重量％～90重量％的浓度的金属纳米粒子的分散液。通过将该分散液涂布在基材上，并在干燥后低温焙烧，形成具有导电性的金属细线或金属薄膜。

中国专利公开说明书CN 200610043481.X公开了一种无添加剂的长期稳定的高固体分的透明导电纳米晶水分散液及其制备方法，它是采用水热合成和后处理工艺，而后处理采用了砂磨——超声破碎——高速离心的优化工艺，不使用任何助剂制造出纯净的高固体分的稳定的ATO和ITO的水分散液，即将五水四氯化锡和三氯化锑溶解于异丙醇中，或将五水四氯化锡和三氯化铟溶解于异丙醇中，再将上述溶液倾入沸水中，用氨水中和至中性，保温1小时，放置冷却后，用漏斗过滤，将过滤物用纯水洗涤，得到的沉淀物在容器中，加纯水搅拌均匀，再装入磁力搅拌高温高压釜中，密封后升温至300-400℃，压力保持在15-22Mpa，保温保压3-5小时，停止加热并冷却至室温，移至容器中静置分层，上层清液倾入另一容器中加热浓缩至粘稠状，将下层粘稠物或下层粘稠物与上层清液浓缩物置砂磨机中研磨半小时，而后用超声破碎分散机超声破碎分散1小时，再进行高速离心分离，分离出的粗粒子可再掺入合成的导电液体中重新砂磨和超声破碎分散，分离出的细粒子部分即为无添加剂的长期稳定的高固体分的透明导电纳米晶水分散液。

上述专利公开说明书公开制造方法之不足是制造工艺过于繁琐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米金属分散液及其简单、低成本的制备方法，以克服现有制造技术存在的不足。

本发明的显著优点是：本发明提供的制备方法工艺简便；按照本发明，可以高效率、低成本地工业化生产高纯度、高均匀性、化学组成高精确性的纳米金属分散液。本发明的纳米金属分散液具有纯度高、固体分高、导电性优良、稳定贮存、单分散性好、不凝聚、不沉降等优点，可广泛用于广泛用于涂料、油墨、电子工业等领域。

按照本发明制造的纳米金属分散液易于层叠涂覆，能够以微细的液滴形状喷射。

本发明的纳米金属分散液的原料包括a)5-70％(w/w)的金属物质，b)0.01-55％(w/w)的含氮、氧、硫和/或硼原子/官能团的物质或化合物，c)0-30％(w/w)的添加剂，和/或d)0.01-40倍于a)+b)+c)或其中任一组份物质重量的溶剂。

本发明涉及的金属物质包括铜、金、银、钼、镍、铌、铝、铂、铅、锡、钛、铟、镓、硒、含钠碱金属、它们中任何两种或以上组成的混合物、化合物或合金；其固态颗粒的平均粒径在1-500纳米之间，较好地其固态颗粒的平均粒径在5-300纳米之间，最好其固态颗粒的平均粒径小于100纳米。

制备过程中，将本发明涉及的纳米金属分散液产品的粘度控制在0.01-50000CP之间，较好地控制在0.5-30000CP之间，最好控制在1-10000CP之间。

本发明涉及的添加剂包括稳定剂、催化剂、扩链剂、交联剂、偶联剂、填充剂、改性剂、乳化剂、增强剂、固化剂、增稠剂、湿润剂、塑化剂、螯合剂、消泡剂、增溶剂、阻聚剂、流变改性剂、表面活性剂、润滑剂、粘合剂、成核剂、加工助剂、缓冲剂、PVB、PVA或其它热塑性聚合物中的一种或多种。

本发明涉及的溶剂包括水，去离子水，醇类、酯类、酮类或醚类有机溶剂中的一种或多种。其中，在水与去离子水中，最好选择去离子水。

在金属物质的平均粒径区间较大的情况下，可进而通过研磨方式制成纳米金属粉体分散液，其时间为10分钟-10小时。

按照本发明制造的纳米金属分散液所形成的膜层的烧结温度应低于550℃，较好地控制在150-450℃之间。

本发明涉及的纳米金属分散液的制备方法包括如下步骤：

1)将b)溶解于d)中，经搅拌，得到溶液M，

2)搅拌和/或超声波作用下，将a)与溶液M、c)和/或d)混合和/或反应，得到本发明的纳米金属分散液；

其中，

a)为：5-70％(w/w)的金属物质，

b)为：0.01-55％(w/w)的含氮、氧、硫和/或硼原子/官能团的物质或化合物，

c)为：0-30％(w/w)的添加剂，

d)为：0.01-40倍于a)+b)+c)或其中任一组份物质重量的溶剂。

按照本发明，还可以将a)直接与d)和/或c)混合和/或反应，得到本发明的不含氮、氧、硫和/或硼原子/官能团的物质或化合物的纳米金属分散液。

具体实施方式

下面通过具体实施例进一步说明本发明，但本发明并不限于在实施例说明范围内。

实施例1

将3克硫化锌溶解于80克去离子水中，经10分钟搅拌，得到溶液M；搅拌下，将5克平均粒径约为100纳米的铜粉置入溶液M内，同时加入0.8％(w/w)PVB，搅拌下混合20分钟后，制得纳米金属分散液。

实施例2

将2克硫化锌溶解于50克乙醇有机溶剂中，经5分钟搅拌，得到溶液M；搅拌下，将3克平均粒径约为100纳米的铜粉置入溶液M内，同时加入0.5％(w/w)PVA，搅拌下混合15分钟后，制得纳米金属分散液。

实施例3

将1克AuCl₂溶解于40克去离子水中，搅拌下，加入0.2克表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵和0.3克PVB，搅拌下混合反应25分钟后，制得纳米金属分散液。

Claims

1、纳米金属分散液，其特征在于：该分散液的原料包括：

a)5-70％(w/w)的金属物质，

b)0.01-55％(w/w)的含氮、氧、硫和/或硼原子/官能团的物质或化合物，

c)0-30％(w/w)的添加剂，和/或

d)0.01-20倍于a)+b)+c)或其中任一组份物质重量的溶剂。

2、根据权利要求1所述的纳米金属分散液，其特征在于：所述的金属物质包括铜、金、银、钼、镍、铌、铝、铂、铅、锡、钛、铟、镓、硒、含钠碱金属、它们中任何两种或以上组成的混合物、化合物或合金。

3、根据权利要求1所述的纳米金属分散液，其特征在于；所述的添加剂包括稳定剂、催化剂、扩链剂、交联剂、偶联剂、填充剂、改性剂、乳化剂、增强剂、固化剂、增稠剂、湿润剂、塑化剂、螯合剂、消泡剂、增溶剂、阻聚剂、流变改性剂、表面活性剂、润滑剂、粘合剂、成核剂、加工助剂、缓冲剂、PVB、PVA或其它热塑性聚合物中的一种或多种。

4、根据权利要求1所述的纳米金属分散液，其特征在于：所述的溶剂包括水，去离子水，醇类、酯类、酮类或醚类有机溶剂中的一种或多种。

5、根据权利要求1所述的纳米金属分散液，其特征在于：所述的分散液的粘度为1-10000CP。

6、根据权利要求1或2所述的纳米金属分散液，其特征在于：所述的金属物质的固态颗粒的平均粒径小于100纳米。

7、根据权利要求1所述的纳米金属分散液，其特征在于：由该分散液形成的膜层的烧结温度为150-450℃。

8、制备如权利要求1所述的纳米金属分散液的方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

1)将b)溶解于d)中，得到溶液M，

2)将a)与溶液M、c)和/或d)混合和/或反应，得到纳米金属分散液；

其中，

a)为：5-70％(w/w)的金属物质，

c)为：0-30％(w/w)的添加剂，

d)为：0.01-40倍于a)+b)+c)或其中任一组份物质重量的溶剂。