CN103203465A - 银纳米颗粒的制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种银纳米颗粒的制备方法，采用银镜反应，以葡萄糖为还原剂，通过改变硝酸银溶液的浓度，在衬底上形成银纳米薄膜，然后通过控制退火条件，将银纳米薄膜退火形成银纳米颗粒。本发明操作简单，生产成本低，所制备的银纳米颗粒大小均匀、粒径可控。

Description

银纳米颗粒的制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料的制备技术领域，具体涉及一种利用银镜反应及退火制备银纳米颗粒的方法。
背景技术
银纳米颗粒具有独特的光学性质，可应用于化学和生物传感器、表面增强拉曼散射、发光二极管和太阳能电池等领域。银纳米颗粒的许多应用和其与光相互作用时产生的表面等离子体共振密切相关，即光照射到银纳米颗粒上时，颗粒表面的电子会发生集体振动，当入射光的频率和电子的振动频率相同时，会发生共振现象。这种表面等离子激元会对光产生强烈的散射，并使局域场增强。由于银纳米颗粒的诸多用途，其制备及应用引起越来越多的关注。
银镜反应在工业上主要用于制镜和制保温瓶胆，其制得的银薄膜比较厚。李秀妍等(类银镜法高产量制备高稳定纳米银，稀有金属材料与工程，2012,Vol.41,pp148-151)采用加入表面活性剂的类银镜反应制备高产量高稳定的银纳米颗粒，其以AgNO3为前驱体，葡萄糖为还原剂，十六烷基三甲基溴化铵为络合剂和分散剂，一步法制备纳米银溶胶，银溶胶经真空干燥可以得到纳米银粉末。Fosli等(Plasmonics for Light Trapping in Silicon Solar Cells,Energy Procedia,2011,Vol.10,pp287-291)通过热蒸发在衬底上沉积不同厚度的银纳米薄膜，然后200℃退火1小时，在衬底上制备出银纳米颗粒，方威等（磁控溅射及后退火制备Ag纳米颗粒薄膜，第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第2分册)，2010，pp284-288）采用直流反应溅射在石英衬底上形成Ag2O薄膜，将薄膜样品经过空气和氢气两种气氛退火得到Ag纳米颗粒薄膜，这两种方法制备银纳米颗粒所采用的设备昂贵、能耗高，生产效率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服上述现有制备方法存在的缺点，提供一种操作简单、成本低、颗粒大小可控的银纳米颗粒的制备方法。
解决上述技术问题所采用的技术方案是它由下述步骤组成：
1、衬底的预处理
将衬底依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗5分钟，用氮气吹干。
上述的衬底为玻璃、石英、氧化铟锡导电玻璃、掺氟氧化锡导电玻璃中的任意一种。
2、制备银纳米薄膜
在搅拌条件下，将0.1mol/L的氢氧化钠水溶液加入到0.03～0.08mol/L的硝酸银水溶液中，加入1mol/L的氨水溶液至沉淀完全溶解，加入0.1mol/L的葡萄糖水溶液，氢氧化钠水溶液与硝酸银水溶液、葡萄糖水溶液的体积比为1∶10∶10，搅拌1分钟，停止搅拌，竖直放入步骤1预处理后的衬底，60℃加热30～120分钟，在衬底上形成一层银纳米薄膜。
3、制备银纳米颗粒
将步骤2中形成银纳米薄膜的衬底依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声5分钟，用氮气吹干，在氮气气氛中，400～600℃退火0.5～2小时，在衬底上形成一层银纳米颗粒。
本发明的制备银纳米薄膜步骤2中，在搅拌条件下，最佳将0.1mol/L的氢氧化钠水溶液加入到0.04～0.06mol/L的硝酸银水溶液中，加入1mol/L的氨水溶液至沉淀完全溶解，加入0.1mol/L的葡萄糖水溶液，氢氧化钠水溶液与硝酸银水溶液、葡萄糖水溶液的体积比为1∶10∶10，搅拌1分钟，停止搅拌，竖直放入步骤1预处理后的衬底，最佳在60℃加热90分钟，在衬底上形成一层银纳米薄膜。
本发明的制备银纳米颗粒步骤3中，将步骤2中形成银纳米薄膜的衬底依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声5分钟，用氮气吹干，在氮气气氛中，最佳在400～500℃退火1小时，在衬底上形成一层银纳米颗粒。
本发明采用银镜反应，以葡萄糖为还原剂，通过改变硝酸银溶液的浓度，在衬底上形成银纳米薄膜，然后通过控制退火条件，将银纳米薄膜退火形成银纳米颗粒。本发明操作简单，生产成本低，所制备的银纳米颗粒大小均匀、粒径可控。
附图说明
图1是本发明实施例1的银纳米颗粒的扫描电镜图。
图2是本发明实施例2的银纳米颗粒的扫描电镜图。
图3是本发明实施例3的银纳米颗粒的扫描电镜图。
图4是本发明实施例4的银纳米颗粒的扫描电镜图。
图5是本发明实施例5的银纳米颗粒的扫描电镜图。
图6是本发明实施例6的银纳米颗粒的扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步详细说明，但本发明不限于这些实施例。
实施例1
1、衬底的预处理
将玻璃衬底依次在丙酮、乙醇、去离子水中用功率为30W的超声波发生器、频率为30kHz的超声波清洗5分钟，用氮气吹干。
2、制备银纳米薄膜
在搅拌条件下，将1mL0.1mol/L的氢氧化钠水溶液加入到10mL0.06mol/L的硝酸银水溶液中，立即有沉淀生成，加入1mol/L的氨水溶液至沉淀完全溶解，然后加入10mL0.1mol/L的葡萄糖水溶液，搅拌1分钟，停止搅拌，竖直放入步骤1预处理后的玻璃衬底，置于水浴中60℃加热90分钟，在玻璃衬底上形成一层银纳米薄膜，其厚度约为160nm。
3、制备银纳米颗粒
将步骤2中形成银纳米薄膜的玻璃衬底依次在丙酮、乙醇、去离子水中用功率为30W的超声波发生器、频率为30kHz的超声波超声5分钟，用氮气吹干，在氮气气氛中，500℃退火1小时，在玻璃衬底上形成一层银纳米颗粒。
采用Quanta200型环境扫描电子显微镜对玻璃衬底上形成的银纳米颗粒进行表征，结果见图1。由图1可见，银纳米颗粒的粒径大小在204～1076nm之间、主要集中在300nm。
实施例2
在实施例1的制备银纳米薄膜步骤2中，在搅拌条件下，将1mL0.1mol/L的氢氧化钠水溶液加入到10mL0.04mol/L的硝酸银水溶液中，该步骤的其他步骤与实施例1相同，在玻璃衬底上形成一层银纳米薄膜，其厚度约为106nm。其他步骤与实施例1相同，在玻璃衬底上形成一层银纳米颗粒，银纳米颗粒的粒径大小在144～598nm之间、主要集中在295nm（见图2）。
实施例3
在实施例1的制备银纳米薄膜步骤2中，在搅拌条件下，将1mL0.1mol/L的氢氧化钠水溶液加入到10mL0.05mol/L的硝酸银水溶液中，该步骤的其他步骤与实施例1相同，在玻璃衬底上形成一层银纳米薄膜，其厚度约为135nm。其他步骤与实施例1相同，在玻璃衬底上形成一层银纳米颗粒，银纳米颗粒的粒径大小在265～925nm之间、主要集中在338nm（见图3）。
实施例4
在实施例1的制备银纳米薄膜步骤2中，在搅拌条件下，将1mL0.1mol/L的氢氧化钠水溶液加入到10mL0.08mol/L的硝酸银水溶液中，该步骤的其他步骤与实施例1相同，在玻璃衬底上形成一层银纳米薄膜，其厚度约为220nm。其他步骤与实施例1相同，在玻璃衬底上形成一层银纳米颗粒，银纳米颗粒的粒径大小在252～1047nm之间、主要集中在429nm（见图4）。
实施例5
在实施例1的备银纳米颗粒步骤3中，将步骤2中形成银纳米薄膜的玻璃衬底依次在丙酮、乙醇、去离子水中用功率为30W的超声波发生器、频率为30kHz的超声波超声5分钟，用氮气吹干，在氮气气氛中，400℃退火1小时。其他步骤与实施例1相同，在玻璃衬底上形成一层银纳米颗粒，银纳米颗粒的粒径大小在140～633nm之间、主要集中在250nm（见图5）。
实施例6
在实施例1的备银纳米颗粒步骤3中，将步骤2中形成银纳米薄膜的玻璃衬底依次在丙酮、乙醇、去离子水中用功率为30W的超声波发生器、频率为30kHz的超声波超声5分钟，用氮气吹干，在氮气气氛中，600℃退火1小时。其他步骤与实施例1相同，在玻璃衬底上形成一层银纳米颗粒，银纳米颗粒的粒径大小在252～1180nm之间、主要集中在664nm（见图6）。
实施例7
在实施例1的制备银纳米薄膜步骤2中，在搅拌条件下，将1mL0.1mol/L的氢氧化钠水溶液加入到10mL0.03mol/L的硝酸银水溶液中，立即有沉淀生成，加入1mol/L的氨水溶液至沉淀完全溶解，然后加入10mL0.1mol/L的葡萄糖水溶液，搅拌1分钟，停止搅拌，竖直放入步骤1预处理后的玻璃衬底，置于水浴中60℃加热120分钟，在玻璃衬底上形成一层银纳米薄膜。在备银纳米颗粒步骤3中，将步骤2中形成银纳米薄膜的玻璃衬底依次在丙酮、乙醇、去离子水中用功率为30W的超声波发生器、频率为30kHz的超声波超声5分钟，用氮气吹干，在氮气气氛中，400℃退火0.5小时。其他步骤与实施例1相同，在玻璃衬底上形成一层银纳米颗粒。
实施例8
在实施例1的制备银纳米薄膜步骤2中，在搅拌条件下，将1mL0.1mol/L的氢氧化钠水溶液加入到10mL0.04mol/L的硝酸银水溶液中，立即有沉淀生成，加入1mol/L的氨水溶液至沉淀完全溶解，然后加入10mL0.1mol/L的葡萄糖水溶液，搅拌1分钟，停止搅拌，竖直放入步骤1预处理后的玻璃衬底，置于水浴中60℃加热30分钟，在玻璃衬底上形成一层银纳米薄膜。在备银纳米颗粒步骤3中，将步骤2中形成银纳米薄膜的玻璃衬底依次在丙酮、乙醇、去离子水中用功率为30W的超声波发生器、频率为30kHz的超声波超声5分钟，用氮气吹干，在氮气气氛中，600℃退火2小时。其他步骤与实施例1相同，在玻璃衬底上形成一层银纳米颗粒。
实施例9
在实施例1～8中，所用的玻璃衬底用石英衬底替换，其他步骤与相应实施例相同。
本实施例的石英衬底也可用氧化铟锡导电玻璃衬底替换，还可用掺氟氧化锡导电玻璃替换。

Claims (3)

1.一种银纳米颗粒的制备方法，其特征在于它由下述步骤组成：
（1）衬底的预处理
将衬底依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声清洗5分钟，用氮气吹干；
上述的衬底为玻璃、石英、氧化铟锡导电玻璃、掺氟氧化锡导电玻璃中的任意一种；
（2）制备银纳米薄膜
在搅拌条件下，将0.1mol/L的氢氧化钠水溶液加入到0.03～0.08mol/L的硝酸银水溶液中，加入1mol/L的氨水溶液至沉淀完全溶解，加入0.1mol/L的葡萄糖水溶液，氢氧化钠水溶液与硝酸银水溶液、葡萄糖水溶液的体积比为1∶10∶10，搅拌1分钟，停止搅拌，竖直放入步骤（1）预处理后的衬底，60℃加热30～120分钟，在衬底上形成一层银纳米薄膜；
（3）制备银纳米颗粒
将步骤（2）中形成银纳米薄膜的衬底依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声5分钟，用氮气吹干，在氮气气氛中，400～600℃退火0.5～2小时，在衬底上形成一层银纳米颗粒。
2.根据权利要求1所述的银纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述的制备银纳米薄膜步骤（2）中，在搅拌条件下，将0.1mol/L的氢氧化钠水溶液加入到0.04～0.06mol/L的硝酸银水溶液中，加入1mol/L的氨水溶液至沉淀完全溶解，加入0.1mol/L的葡萄糖水溶液，氢氧化钠水溶液与硝酸银水溶液、葡萄糖水溶液的体积比为1∶10∶10，搅拌1分钟，停止搅拌，竖直放入步骤（1）预处理后的衬底，60℃加热90分钟，在衬底上形成一层银纳米薄膜。
3.根据权利要求1所述的银纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述的制备银纳米颗粒步骤（3）中，将步骤（2）中形成银纳米薄膜的衬底依次在丙酮、乙醇、去离子水中超声5分钟，用氮气吹干，在氮气气氛中，400～500℃退火1小时，在衬底上形成一层银纳米颗粒。
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Granted publication date: 20150819

Termination date: 20190402

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