CN101353814A - 一种液相合成制备树枝状纳米银的方法 - Google Patents
一种液相合成制备树枝状纳米银的方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种液相合成制备树枝状纳米银的方法，其特征在于包括以下步骤：制备成银氨浓度为0.1～0.5mol/L的银氨溶液，然后加入晶型引导剂和纳米保护剂，搅拌至混合均匀，制备成反应溶液；将浓度为0.4～0.8mol/L的抗坏血酸溶液滴入到反应溶液中进行还原反应，反应后的溶液直接减压过滤，过滤后的固相在烘箱中烘干去除水分，获得树枝状纳米银。本发明制备方法简单且所用试剂环保无毒，制备的树枝状纳米银树枝直径＜30nm，树枝干长度＜100nm，树枝团簇长度＜200nm，树枝状纳米银粒度均匀、结构稳定。本发明制备的树枝状纳米银与聚合物复合，增加其导电性能，只要较少的银粉就可以形成导电通路，可减少银粉的填加量，节约导电胶的成本。
Description
技术领域
本发明属于材料科学领域，具体涉及一种液相合成制备树枝状纳米银的方法。
背景技术
银由于具有天然的高导电性、灭菌性和导热性且抗氧化能力强，而广泛应用于微电子工业、污水处理、建筑材料、涂料和医疗卫生等诸多领域。全世界每年消耗的银粉和银片的金属量巨大。目前采用的常规尺寸的银粉如微米银粉，其银粉形状多为球形，存在的问题是因添加量大，球形粉易脱落，结合力不好。
发明内容
针对目前银粉存在的问题，本发明提供一种液相合成制备树枝状纳米银的方法。
本发明通过液相合成法制备树枝状纳米银，制备方法如下：
1、配制银氨溶液：
配制银盐溶液，然后将银盐溶液和氨水溶液混合，混合比例按银盐溶液中的银离子(Ag+)和氨水溶液中的NH3·H2O的摩尔比为Ag+∶NH3·H2O＝1∶2，制备成银氨溶液。
其中银氨(Ag(NH3)2OH)的浓度为0.1～0.5mol/L，配制银盐溶液所用的银盐为硝酸银或其它可溶于水的银盐；配制银氨溶液采用的容器为表面不光滑的铁制或铝制等非玻璃容器。
反应方程式为：
Ag+NH3·H2O＝AgOH↓+NH4 +
AgOH+2NH3·H2O＝Ag(NH3)2OH+2H2O
2、制备反应溶液：
在配制的银氨溶液中，加入晶型引导剂和纳米颗粒保护剂，搅拌至混合均匀，制备成反应溶液，晶型引导剂和纳米保护剂的加入量为：晶型引导剂在银氨溶液中的重量百分比为0.1～3％；纳米保护剂在银氨溶液中的重量百分比为0.1～3％。
其中晶型引导剂为单宁酸；纳米颗粒保护剂为聚氯乙烯吡咯烷酮(PVP)。
3、制备树枝状纳米银：
将抗坏血酸加入到去离子水中配制成抗坏血酸溶液，浓度为0.4～0.8mol/L。
在20～25℃和搅拌条件下将浓度为0.4～0.8mol/L的抗坏血酸溶液滴入到反应溶液中进行还原反应，滴入速度为0.5～1.5ml/min，滴入完成后继续反应；反应全部时间为30～120min，即滴入时间与滴入后的继续反应时间的总和；滴入量按抗坏血酸溶液在滴入完成后占全部溶液的重量百分比为20～45％；其中搅拌速度为180～220r/min。
反应方程式为：
反应结束后，将反应后的溶液直接减压过滤，过滤后的固相烘干去除水分，烘干条件为：温度105±5℃，时间不少于4h；获得树枝状纳米银粉。
利用化学还原法制备纳米银的原理是在溶液中还原Ag+而制得胶体纳米Ag颗粒；由于存在纳米颗粒保护剂，抑制了银晶粒的生长，使得银晶核形成速度大于银晶粒生长速度，同时使得纳米级银颗粒不会团聚成微米级大颗粒；由于存在晶型引导剂，使得银晶粒生长沿着特定方向进行，从而形成了树枝状的纳米银。
本发明具有下述显著优点：
1、本发明制备方法简单且所用试剂环保无毒，制备的树枝状纳米银树枝直径＜30nm，树枝干长度＜100nm，树枝团簇长度＜200nm，树枝状纳米银粒度均匀、结构稳定。
2、本发明制备的树枝状纳米银与各种基底材料复合，增加复合材料的灭菌性能，树枝状纳米银比球状纳米银更易于与其它材料固着，增加基底材料与树枝状银的结合力，防止脱落。
3、本发明制备的树枝状纳米银与聚合物复合，增加其导电性能，只要较少的银粉就可以形成导电通路，可减少银粉的填加量，节约导电胶的成本。
附图说明
图1为本发明的优选实施例制备的树枝状纳米银的TEM图。
图2为本发明的优选实施例制备的树枝状纳米银的TEM图。
具体实施方式
本发明采用的银盐、氨水、抗坏血酸均为分析纯制剂，配制溶液采用的水为去离子水，其中银盐为硝酸银，配制银氨溶液采用的容器为表面不光滑的铁制或铝制等非玻璃容器。
本发明采用的单宁酸和聚氯乙烯吡咯烷酮(PVP)纯度均为分析纯，在反应中起着晶型引导和纳米颗粒保护的作用。
本发明的减压过滤操作在真空度为0.0133MPa的条件下进行。
以上方法均适用于本发明的下述实施例，以下为本发明的优选实施例。
实施例1
将硝酸银溶于去离子水中配制银盐溶液，然后将银盐溶液和氨水溶液混合，混合比例按银盐溶液中的银离子(Ag+)和氨水溶液中的NH3·H2O的摩尔比为Ag+∶NH3·H2O＝1∶2，制备成Ag(NH3)2OH浓度为0.2mol/L的银氨溶液。
在配制的银氨溶液中，加入单宁酸和聚氯乙烯吡咯烷酮(PVP)，搅拌至混合均匀，制备成反应溶液，单宁酸的加入量为：单宁酸在银氨溶液中的重量百分比为0.1％；聚氯乙烯吡咯烷酮的加入量为：聚氯乙烯吡咯烷酮在银氨溶液中的重量百分比为2％。
将抗坏血酸加入到去离子水中配制成浓度为0.8mol/L抗坏血酸溶液，在20℃和搅拌速度为200r/min的条件下滴入到反应溶液中进行还原反应，抗坏血酸溶液滴入速度为1.5ml/min，滴入量按抗坏血酸溶液在滴入完成后占全部溶液的重量百分比为20％，反应时间为30min。
反应后的溶液直接减压过滤，过滤后的固相烘干去除水分，烘干条件为：温度105±5℃，时间4h；获得树枝状纳米银。
制得的树枝状纳米银的银粉颗粒TEM照片如图1。
实施例2
将硝酸银溶于去离子水中配制银盐溶液，然后将银盐溶液和氨水溶液混合，混合比例按银盐溶液中的银离子(Ag+)和氨水溶液中的NH3·H2O的摩尔比为Ag+∶NH3·H2O＝1∶2，制备成Ag(NH3)2OH浓度为0.2mol/L的银氨溶液。
在配制的银氨溶液中，加入单宁酸和聚氯乙烯吡咯烷酮(PVP)，搅拌至混合均匀，制备成反应溶液，单宁酸的加入量为：单宁酸在银氨溶液中的重量百分比为0.5％；聚氯乙烯吡咯烷酮的加入量为：聚氯乙烯吡咯烷酮在银氨溶液中的重量百分比为0.5％。
将抗坏血酸加入到去离子水中配制成浓度为0.7mol/L抗坏血酸溶液，在22℃和搅拌速度为220r/min的条件下滴入到反应溶液中进行还原反应，抗坏血酸溶液滴入速度为1.5ml/min，滴入量按抗坏血酸溶液在滴入完成后占全部溶液的重量百分比为25％，反应时间为40min。
反应后的溶液直接减压过滤，过滤后的固相烘干去除水分，烘干条件为：温度105±5℃，时间4.5h；获得树枝状纳米银。
制得的树枝状纳米银的银粉颗粒TEM照片如图2。
实施例3
将硝酸银溶于去离子水中配制银盐溶液，然后将银盐溶液和氨水溶液混合，混合比例按银盐溶液中的银离子(Ag+)和氨水溶液中的NH3·H2O的摩尔比为Ag+∶NH3·H2O＝1∶2，制备成Ag(NH3)2OH浓度为0.1mol/L的银氨溶液。
在配制的银氨溶液中，加入单宁酸和聚氯乙烯吡咯烷酮(PVP)，搅拌至混合均匀，制备成反应溶液，单宁酸的加入量为：单宁酸在银氨溶液中的重量百分比为1％；聚氯乙烯吡咯烷酮的加入量为：聚氯乙烯吡咯烷酮在银氨溶液中的重量百分比为0.1％。
将抗坏血酸加入到去离子水中配制成浓度为0.6mol/L抗坏血酸溶液，在25℃和搅拌速度为180r/min的条件下滴入到反应溶液中进行还原反应，抗坏血酸溶液滴入速度为1.2ml/min，滴入量按抗坏血酸溶液在滴入完成后占全部溶液的重量百分比为30％，反应时间为60min。
反应后的溶液直接减压过滤，过滤后的固相烘干去除水分，烘干条件为：温度105±5℃，时间4h；获得树枝状纳米银。
实施例4
将硝酸银溶于去离子水中配制银盐溶液，然后将银盐溶液和氨水溶液混合，混合比例按银盐溶液中的银离子(Ag+)和氨水溶液中的NH3·H2O的摩尔比为Ag+∶NH3·H2O＝1∶2，制备成Ag(NH3)2OH浓度为0.3mol/L的银氨溶液。
在配制的银氨溶液中，加入单宁酸和聚氯乙烯吡咯烷酮(PVP)，搅拌至混合均匀，制备成反应溶液，单宁酸的加入量为：单宁酸在银氨溶液中的重量百分比为2％；聚氯乙烯吡咯烷酮的加入量为：聚氯乙烯吡咯烷酮在银氨溶液中的重量百分比为1％。
将抗坏血酸加入到去离子水中配制成浓度为0.5mol/L抗坏血酸溶液，在20℃和搅拌速度为220r/min的条件下滴入到反应溶液中进行还原反应，抗坏血酸溶液滴入速度为1.0ml/min，滴入量按抗坏血酸溶液在滴入完成后占全部溶液的重量百分比为35％，反应时间为80min。
将反应后的溶液直接减压过滤，过滤后的固相烘干去除水分，烘干条件为：温度105±5℃，时间4.5h；获得树枝状纳米银。
实施例5
将硝酸银溶于去离子水中配制银盐溶液，然后将银盐溶液和氨水溶液混合，混合比例按银盐溶液中的银离子(Ag+)和氨水溶液中的NH3·H2O的摩尔比为Ag+∶NH3·H2O＝1∶2，制备成Ag(NH3)2OH浓度为0.4mol/L的银氨溶液。
在配制的银氨溶液中，加入单宁酸和聚氯乙烯吡咯烷酮(PVP)，搅拌至混合均匀，制备成反应溶液，单宁酸的加入量为：单宁酸在银氨溶液中的重量百分比为3％；聚氯乙烯吡咯烷酮的加入量为：聚氯乙烯吡咯烷酮在银氨溶液中的重量百分比为1.5％。
将抗坏血酸加入到去离子水中配制成浓度为0.4mol/L抗坏血酸溶液，在22℃和搅拌速度为200r/min的条件下滴入到反应溶液中进行还原反应，抗坏血酸溶液滴入速度为0.8ml/min，滴入量按抗坏血酸溶液在滴入完成后占全部溶液的重量百分比为40％，反应时间为100min。
反应后的溶液直接减压过滤，过滤后的固相烘干去除水分，烘干条件为：温度105±5℃，时间4h；获得树枝状纳米银。
实施例6
将硝酸银溶于去离子水中配制银盐溶液，然后将银盐溶液和氨水溶液混合，混合比例按银盐溶液中的银离子(Ag+)和氨水溶液中的NH3·H2O的摩尔比为Ag+∶NH3·H2O＝1∶2，制备成Ag(NH3)2OH浓度为0.5mol/L的银氨溶液。
在配制的银氨溶液中，加入单宁酸和聚氯乙烯吡咯烷酮(PVP)，搅拌至混合均匀，制备成反应溶液，单宁酸的加入量为：单宁酸在银氨溶液中的重量百分比为1.5％；聚氯乙烯吡咯烷酮的加入量为：聚氯乙烯吡咯烷酮在银氨溶液中的重量百分比为3％。
将抗坏血酸加入到去离子水中配制成浓度为0.7mol/L抗坏血酸溶液，在25℃和搅拌速度为180r/min的条件下滴入到反应溶液中进行还原反应，抗坏血酸溶液滴入速度为0.5ml/min，滴入量按抗坏血酸溶液在滴入完成后占全部溶液的重量百分比为45％，反应时间为120min。
反应后的溶液直接减压过滤，过滤后的固相烘干去除水分，烘干条件为：温度105±5℃，时间4.5h；获得树枝状纳米银。
Claims (4)
1、一种液相合成制备树枝状纳米银的方法，其特征在于包括以下步骤：(1)配制银盐溶液，然后将银盐溶液和氨水溶液混合，混合比例按银盐溶液中的银离子(Ag+)和氨水溶液中的NH3·H2O的摩尔比为Ag+∶NH3·H2O＝1∶2，制备成Ag(NH3)2OH浓度为0.1～0.5mol/L的银氨溶液；(2)在配制的银氨溶液中，加入晶型引导剂和纳米保护剂，搅拌至混合均匀，制备成反应溶液，晶型引导剂和纳米保护剂的加入量为：晶型引导剂在银氨溶液中的重量百分比为0.1～3％；纳米保护剂在银氨溶液中的重量百分比为0.1～3％；(3)在20～25℃和搅拌条件下将浓度为0.4～0.8mol/L的抗坏血酸溶液滴入到反应溶液中进行还原反应，滴入速度为0.5～1.5ml/min，滴入完成后继续反应，反应总时间为30～120min；滴入量按抗坏血酸溶液在滴入完成后占全部溶液的重量百分比为20～45％；(4)反应后的溶液直接减压过滤，过滤后的固相烘干去除水分，获得树枝状纳米银。
2、根据权利要求1所述一种液相合成制备树枝状纳米银的方法，其特征在于所述晶型引导剂为单宁酸；所述纳米保护剂为聚氯乙烯吡咯烷酮(PVP)。
3、根据权利要求1所述一种液相合成制备树枝状纳米银的方法，其特征在于抗坏血酸溶液滴入反应溶液中进行还原反应时的搅拌速度为180～220r/min。
4、根据权利要求1所述一种液相合成制备树枝状纳米银的方法，其特征在于在真空烘箱中烘干的操作条件为：温度为105±5℃，时间至少4h。
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