CN102001830B - 含银纳米粒子的多孔玻璃及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种含银纳米粒子的多孔玻璃及其制备方法，所述含银纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，包括下述步骤：配制含银离子的溶液；配制还原剂的溶液；浸泡：将多孔玻璃交替放置于所述含银离子的溶液中和所述还原剂溶液中分别浸泡后，制备出所述含银纳米粒子的多孔玻璃。本发明还涉及了采用上述方法所制备的含银纳米粒子的多孔玻璃。本发明的制备方法采用分布有纳米级微孔的多孔玻璃，在微孔中制备出银纳米粒子，工艺简单、制备周期短；所制得的含银纳米粒子的多孔玻璃，银纳米粒子的分布均匀。
Description
技术领域
本发明涉及玻璃的制备领域，更具体地说，涉及一种含银纳米粒子的多孔玻璃及其制备方法。
背景技术
掺金属粒子得到的复合材料是一种在光学、电子、抗菌以及催化等领域有着重要作用的功能材料。早在公元4世纪，罗马玻璃工人就懂得了在玻璃掺杂金、银等金属颗粒，制备出具有丰富、美丽色彩的玻璃制品。如今，随着非线性光学的发展，尤其自1983年美国科学家Jian和Lind研究了玻璃掺杂纳米颗粒后的三阶非线性性能之后，人们对玻璃中掺金属粒子的研究开始偏重于其光学性能方面。当金属纳米粒子被掺入玻璃时，玻璃基质将粒子彼此隔离开，形成量子点，使得电子的局域性和相干性增强，引起量子限域效应。同时，当金属纳米粒子的尺寸远小于光场波长时，作用于粒子上的电场也明显不同于周围的介质宏观场，其极化过程将改变局域的介电常数，从而产生介电限域效应。这些效应都会导致玻璃的非线性光学性能的显著提高，使具有非线性光学性能的复合材料在光存储、传输和开关等领域有着重要的应用优势，例如：与电子开关器件相比，全光光子开关器件具有开关时间短、节能以及寿命长等优点，将成为未来光电设备的重要组成部件。
目前，在玻璃基质中制备均匀分布的金属纳米粒子已成为国际物理、化学界的一个重要努力方向。常用的制备方法有：熔融法、离子注入法以及溶胶凝胶法等，这些工艺相对比较成熟。但是，这些方法也都存在着一些不足之处，例如：熔融法需要将金属盐与玻璃料混合后在高温下进行熔融，由于玻璃体系的粘度较大，金属颗粒要在玻璃基质中实现均匀分散不是件容易的事情；离子注入法是将金属以离子形式注入到玻璃基质中，再通过热处理得到金属纳米粒子，这种方法需要使用昂贵的离子注入设备，并且注入深度有限，金属纳米粒子只能分布在玻璃基质表面；还有一种方法是利用溶胶凝胶法在制备玻璃的同时将含有金属盐的溶液与玻璃溶胶混合，通过后处理能够得到含有金属纳米粒子的玻璃，金属纳米粒子的分散也相对比较均匀，但是这种方法制备玻璃，工艺复杂、生产周期较长，且玻璃制品的强度较低，达不到实用的要求。
发明内容
本发明要解决的一技术问题在于，针对现有的含有金属纳米粒子的玻璃的制备方法，金属纳米粒子在玻璃中的分散不均匀，或者工艺复杂、生产周期较长的缺点，提供一种含银纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，其制备出的玻璃中的银纳米粒子分布均匀，并且工艺简单、制备方便。
本发明要解决的又一技术问题在于，针对现有含有金属纳米粒子的玻璃，玻璃中的金属纳米粒子分散不均匀的缺点，提供一种含银纳米粒子的多孔玻璃，其采用上述制备方法制作，玻璃中的银纳米粒子分布均匀。
本发明解决其技术问题所采用的一技术方案是：提供一种含银纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，包括下述步骤：
配制含银离子的溶液；
配制还原剂溶液；
浸泡：将多孔玻璃交替放置于所述含银离子的溶液中和所述还原剂溶液中分别浸泡后，制备出所述含银纳米粒子的多孔玻璃。
在本发明所述的含银纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述配制含银离子的溶液的步骤为：将含银离子的化合物溶解于溶剂中，配制成浓度范围在1mol/L～1×10-6mol/L的含银离子的溶液，所述含银离子的化合物为硝酸银，所述溶剂为水或乙醇。
在本发明所述的含银纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述配制还原剂溶液的步骤为：将还原剂溶于溶剂中，配制成浓度范围在1mol/L～1×10-3mol/L的还原剂溶液，所述还原剂为次磷酸钠、柠檬酸钠、水合肼、抗坏血酸、硼氢化钾、硼氢化钠、乙二醇或聚乙二醇，所采用的溶剂为水或乙醇。
在本发明所述的含银纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述还原剂为水合肼、柠檬酸钠、硼氢化钾或硼氢化钠。
在本发明所述的含银纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述化学反应步骤为：将多孔玻璃放置于所述含银离子的溶液中，浸泡0.5h以上，含银离子的溶液充分进入到多孔玻璃的微孔中，然后将多孔玻璃取出，用蒸馏水清洗，再放置于所述还原剂溶液中，浸泡反应10min～20h，多孔玻璃中的银离子还原得到银单质，然后将多孔玻璃取出，用蒸馏水清洗后干燥，制备出所述含银纳米粒子的多孔玻璃。
在本发明所述的含银纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述化学反应步骤为：将多孔玻璃放置于所述还原剂溶液中，浸泡0.5h以上，还原剂溶液充分进入到多孔玻璃的微孔中，然后将多孔玻璃取出，用蒸馏水清洗，再放置于所述含银离子的溶液中，浸泡反应10min～20h，多孔玻璃中的银离子还原得到银单质，然后将多孔玻璃取出，用蒸馏水清洗后干燥，制备出所述含银纳米粒子的多孔玻璃。
在本发明所述的含银纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述浸泡步骤重复多次进行。
在本发明所述的含银纳米粒子的多孔玻璃的制备方法中，所述多孔玻璃内分布有微孔，单个微孔的孔径大小为4～100纳米，多孔玻璃内微孔的体积占多孔玻璃总体积的25～40％；所述多孔玻璃的原料的主要成分，按重量份计算，包含：SiO2 94～98份；B2O3 1～3份；Al2O3 1～3份；Na2O 0～1份；ZrO2 0～1份。
本发明解决其技术问题所采用的另一技术方案是：提供一种含银纳米粒子的多孔玻璃，采用如上所述的方法制备，包括：多孔玻璃及其内分布的微孔，单个微孔的孔径大小为4～100纳米，多孔玻璃内微孔的体积占多孔玻璃总体积的25～40％，微孔内分布有银纳米粒子。
在本发明所述的含银纳米粒子的多孔玻璃中，所述多孔玻璃的主要成分，按重量份计算，包含：SiO2 94～98份；B2O3 1～3份；Al2O3 1～3份；Na2O 0～1份；ZrO2 0～1份。
实施本发明，具有如下有益效果：本发明的含银纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，采用分布有纳米级微孔的多孔玻璃，在微孔中制备出银纳米粒子，能够有效的限制粒子的尺寸，并使银纳米粒子在玻璃中具有良好的分散性，其工艺简单、制备周期短、能够有效节约生产成本；所制得的含银纳米粒子的多孔玻璃，玻璃中的银纳米粒子分布均匀，能够使玻璃的非线性光学性能显著提高。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的实施例1所制备的样品的XRD测试图谱。
具体实施方式
下述实施例1～11中所采用的多孔玻璃，为已成型的多孔玻璃，可以实验室制作，也可以直接使用市售的康宁公司Vycor系列多孔玻璃，其原料的主要成分，按重量份计算，包含：SiO2 94～98份；B2O3 1～3份；Al2O3 1～3份；还可以含有其它成分，如：Na2O 0～1份；ZrO2 0～1份；所制得的多孔玻璃内分布有微孔，单个微孔的孔径大小为4～100纳米，多孔玻璃内微孔的体积占多孔玻璃总体积的25～40％。
实施例1：在室温环境下，将硝酸银(AgNO3)溶解于水中，配制浓度为1mol/L的AgNO3水溶液10mL，将水合肼溶解于水，配制浓度为1×10-1mol/L的水合肼水溶液10mL，并将AgNO3水溶液保存在带有玻璃塞的棕色细口瓶中。将多孔玻璃放到AgNO3水溶液中浸泡0.5h，以使AgNO3水溶液充分进入到多孔玻璃的微孔中，取出多孔玻璃，用蒸馏水冲洗3次，然后将多孔玻璃放到水合肼水溶液中浸泡反应4h，取出后用蒸馏水清洗并干燥，制备出含银纳米粒子的多孔玻璃。如图1所示给出了根据本实施例所得到的样品的XRD(X-ray Diffraction，X-射线衍射，主要是对照标准谱图分析纳米粒子的组成)的测试结果，其X射线衍射峰与标准PDF卡片65-2871(标准物质的衍射数据卡片)中银单质的X射线衍射峰完全对应，说明制备出的多孔玻璃中含有银纳米粒子。
实施例2：在室温环境下，将硝酸银(AgNO3)溶解于水中，配制浓度为1×10-1mol/L的AgNO3水溶液10mL，将次磷酸钠溶解于水，配制浓度为1×10-1mol/L的次磷酸钠水溶液10mL，并将AgNO3水溶液保存在带有玻璃塞的棕色细口瓶中。将多孔玻璃放到AgNO3水溶液中浸泡0.5h，以使AgNO3水溶液充分进入到多孔玻璃的微孔中，取出多孔玻璃，用蒸馏水冲洗3次，然后将多孔玻璃放到次磷酸钠水溶液中浸泡反应5h，取出后用蒸馏水清洗并干燥，制备出含银纳米粒子的多孔玻璃。
实施例3：在室温环境下，将硝酸银(AgNO3)溶解于水中，配制浓度为1×10-2mol/L的AgNO3水溶液10mL，将硼氢化钾溶解于水，配制浓度为1mol/L的硼氢化钾水溶液10mL，并将AgNO3水溶液保存在带有玻璃塞的棕色细口瓶中。将多孔玻璃放到AgNO3水溶液中浸泡1h，以使AgNO3水溶液充分进入到多孔玻璃的微孔中，取出多孔玻璃，用蒸馏水冲洗3次，然后将多孔玻璃放到硼氢化钾水溶液中浸泡反应10min，取出后用蒸馏水清洗并干燥，制备出含银纳米粒子的多孔玻璃。
实施例4：在室温环境下，将硝酸银(AgNO3)溶解于水中，配制浓度为1×10-3mol/L的AgNO3水溶液10mL，将硼氢化钠溶解于水，配制浓度为1×10-1mol/L的硼氢化钠水溶液10mL，并将AgNO3水溶液保存在带有玻璃塞的棕色细口瓶中。将多孔玻璃放到硼氢化钠水溶液中浸泡0.5h，以使硼氢化钠水溶液充分进入到多孔玻璃的微孔中，取出多孔玻璃，用蒸馏水冲洗3次，然后将多孔玻璃放到AgNO3水溶液中浸泡反应10min，取出后用蒸馏水清洗并干燥，制备出含银纳米粒子的多孔玻璃。
实施例5：在室温环境下，将硝酸银(AgNO3)溶解于水中，配制浓度为1×10-4mol/L的AgNO3水溶液10mL，将抗坏血酸溶解于乙醇，配制浓度为1×10-2mol/L的抗坏血酸乙醇溶液10mL，并将AgNO3水溶液保存在带有玻璃塞的棕色细口瓶中。将多孔玻璃放到AgNO3水溶液中浸泡1h，以使AgNO3水溶液充分进入到多孔玻璃的微孔中，取出多孔玻璃，用蒸馏水冲洗3次，然后将多孔玻璃放到抗坏血酸乙醇溶液中浸泡反应12h，取出后用蒸馏水清洗并干燥，制备出含银纳米粒子的多孔玻璃。
实施例6：在室温环境下，将硝酸银(AgNO3)溶解于水中，配制浓度为1×10-5mol/L的AgNO3水溶液10mL，将柠檬酸钠溶解于水，配制浓度为1×10-3mol/L的柠檬酸钠水溶液10mL，并将AgNO3水溶液保存在带有玻璃塞的棕色细口瓶中。将多孔玻璃放到AgNO3水溶液中浸泡1h，以使AgNO3水溶液充分进入到多孔玻璃的微孔中，取出多孔玻璃，用蒸馏水冲洗3次，然后将多孔玻璃放到柠檬酸钠水溶液中浸泡反应20h，取出后用蒸馏水清洗并干燥，制备出含银纳米粒子的多孔玻璃。为了使多孔玻璃所含的银纳米粒子的含量增加，可将上述浸泡操作步骤重复5次。
实施例7：在室温环境下，将硝酸银(AgNO3)溶解于水中，配制浓度为1×10-6mol/L的AgNO3水溶液10mL，将水合肼用蒸馏水稀释，配制浓度为1×10-3mol/L的水合肼水溶液10mL，并将AgNO3水溶液保存在带有玻璃塞的棕色细口瓶中。将多孔玻璃放到AgNO3水溶液中浸泡1h，以使AgNO3水溶液充分进入到多孔玻璃的微孔中，取出多孔玻璃，用蒸馏水冲洗3次，然后将多孔玻璃放到水合肼水溶液中浸泡反应1.5h，取出后用蒸馏水清洗并干燥，制备出含银纳米粒子的多孔玻璃。为了使多孔玻璃所含的银纳米粒子的含量增加，可将上述浸泡操作步骤重复15次。
实施例8：在室温环境下，将硝酸银(AgNO3)溶解于水中，配制浓度为1×10-2mol/L的AgNO3水溶液10mL，将硼氢化钠溶解于水，配制浓度为1×10-1mol/L的硼氢化钠水溶液10mL，并将AgNO3水溶液保存在带有玻璃塞的棕色细口瓶中。将多孔玻璃放到硼氢化钠水溶液中浸泡0.5h，以使硼氢化钠水溶液充分进入到多孔玻璃的微孔中，取出多孔玻璃，用蒸馏水冲洗3次，然后将多孔玻璃放到AgNO3水溶液中浸泡反应1h，取出后用蒸馏水清洗并干燥，制备出含银纳米粒子的多孔玻璃。
实施例9：在室温环境下，将硝酸银(AgNO3)溶解于乙醇中，配制浓度为1×10-3mol/L的AgNO3乙醇溶液10mL，将聚乙二醇溶解于水，配制浓度为1×10-1mol/L的聚乙二醇水溶液10mL，并将AgNO3乙醇溶液保存在带有玻璃塞的棕色细口瓶中。将多孔玻璃放到聚乙二醇水溶液中浸泡1h，以使聚乙二醇水溶液充分进入到多孔玻璃的微孔中，取出多孔玻璃，用蒸馏水冲洗3次，然后将多孔玻璃放到AgNO3乙醇溶液中浸泡反应20h，取出后用蒸馏水清洗并干燥，制备出含银纳米粒子的多孔玻璃。为了使多孔玻璃所含的银纳米粒子的含量增加，可将上述浸泡操作步骤重复5次。
实施例10：在室温环境下，将硝酸银(AgNO3)溶解于水中，配制浓度为1×10-2mol/L的AgNO3水溶液10mL，将乙二醇溶解于水，配制浓度为1×10-1mol/L的乙二醇水溶液10mL，并将AgNO3水溶液保存在带有玻璃塞的棕色细口瓶中。将多孔玻璃放到乙二醇水溶液中浸泡1h，以使聚乙二醇水溶液充分进入到多孔玻璃的微孔中，取出多孔玻璃，用蒸馏水冲洗3次，然后将多孔玻璃放到AgNO3水溶液中浸泡反应5h，取出后用蒸馏水清洗并干燥，制备出含银纳米粒子的多孔玻璃。为了使多孔玻璃所含的银纳米粒子的含量增加，可将上述浸泡操作步骤重复10次。
上述实施例1～10所制备出的含银纳米粒子的多孔玻璃在多孔玻璃的微孔内均匀分布有银纳米粒子。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种含银纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，其特征在于，包括下述步骤：
配制含银离子的溶液：将含银离子的化合物溶解于溶剂中，配制成浓度范围在1mol/L～1×10-6mol/L的含银离子的溶液；其中，所述含银离子的化合物为硝酸银；
配制还原剂溶液：将还原剂溶于溶剂中，配制成浓度范围在1mol/L～1×10-3mol/L的还原剂溶液；其中，所述还原剂为次磷酸钠、柠檬酸钠、水合肼、抗坏血酸、硼氢化钾、硼氢化钠、乙二醇或聚乙二醇；
浸泡：将多孔玻璃交替放置于所述含银离子的溶液中和所述还原剂溶液中分别浸泡后，制备出所述含银纳米粒子的多孔玻璃；其中，
所述浸泡步骤为：将多孔玻璃放置于所述含银离子的溶液中，浸泡0.5h以上，含银离子的溶液充分进入到多孔玻璃的微孔中，然后将多孔玻璃取出，用蒸馏水清洗，再放置于所述还原剂溶液中，浸泡反应10min～20h，多孔玻璃中的银离子还原得到银单质，然后将多孔玻璃取出，用蒸馏水清洗后干燥，制备出所述含银纳米粒子的多孔玻璃；或者
所述浸泡步骤为：将多孔玻璃放置于所述还原剂溶液中，浸泡0.5h以上，使还原剂溶液充分进入到多孔玻璃的微孔中，然后将多孔玻璃取出，用蒸馏水清洗，再放置于所述含银离子的溶液中，浸泡反应10min～20h，多孔玻璃中的银离子还原得到银单质，然后将多孔玻璃取出，用蒸馏水清洗后干燥，制备出所述含银纳米粒子的多孔玻璃；
所述溶剂为水或乙醇。
2.如权利要求1所述的含银纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，其特征在于，所述浸泡步骤重复数次进行。
3.如权利要求1所述的含银纳米粒子的多孔玻璃的制备方法，其特征在于，所述多孔玻璃内分布有微孔，单个微孔的孔径大小为4～100纳米，多孔玻璃内微孔的体积占多孔玻璃总体积的25～40％；所述多孔玻璃的原料的主要成分，按重量份计算，包含：SiO294～98份；B2O31～3份；Al2O31～3份；Na2O0～1份；ZrO20～1份。
4.一种含银纳米粒子的多孔玻璃，采用如权利要求1所述的方法制备，其特征在于：包括多孔玻璃及其内分布的微孔，单个微孔的孔径大小为4～100纳米，多孔玻璃内微孔的体积占多孔玻璃总体积的25～40％，微孔内分布有银纳米粒子。
5.如权利要求4所述的含银纳米粒子的多孔玻璃，其特征在于，所述多孔玻璃的主要成分，按重量份计算，包含：SiO294～98份；B2O31～3份；Al2O31～3份；Na2O 0～1份；ZrO20～1份。
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