CN107671303A

CN107671303A - 一种银合金复合纳米材料的制备方法

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Publication number: CN107671303A
Application number: CN201710834160.XA
Authority: CN
Inventors: 曹文
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-09-15
Filing date: 2017-09-15
Publication date: 2018-02-09
Anticipated expiration: 2037-09-15
Also published as: US20210121964A1; CN107671303B; US20190084049A1

Abstract

本发明提供了一种银合金复合纳米材料的制备方法，其包括以下步骤：将银与铜、锌、镁、铝、钛金属中的至少一种组合制备得到复合金属线棒；将复合金属线棒作为直流电源的阳极导体，与阴极形成的电弧，使阳极导体的金属线棒尖端气化蒸发，产生烟雾状的金属原子团，银金属原子与铜、锌、镁、铝、钛金属原子中的至少一种充分混合，形成气态合金；伴随金属气化的同时，用0.5~1.5倍音速的空气气流将气态合金进行快速冷却；收集冷却后的粉体，得到银合金复合纳米材料。采用本发明的技术方案得到的银合金复合纳米材料，不容易团聚长大，杀菌性能更加稳定可靠；而且生产过程简单可控，能源消耗少，便于规模化生产。

Description

一种银合金复合纳米材料的制备方法

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，尤其涉及一种银合金复合纳米材料的制备方法。

背景技术

银作为一种安全可靠的杀菌材料，已得到公认。纳米银的杀菌效果，更是其它无机材料难以替代。但是，在纳米银的生产方法上，以及各个行业的推广应用上，存在着不同程度的技术障碍。

1. 目前，大多数纳米银是用化学方法生产，纳米银存在于反应溶液中，固液分离困难，产业化受到制约，产品的纯度难以保证。生产过程产生的废液污染环境。

2. 从溶液中提取出的纳米银粉体，容易形成团聚体，难以再次进行分散。给各个行业的应用上带来技术障碍。

3. 通常纳米银的物理制备方法，只适合在实验室操作，需要加入氩气、氦气等惰性气体的保护，在缺乏惰性气体的保护的情况下，银极容易被氧化，生成氧化银，影响抗菌效果。而且，颗粒大小难以均匀分布。加热到300°C，才能完全去除其中的氧元素，还原成金属银，但是，却形成大颗粒团聚体，抗菌性能大幅度下降。

发明内容

针对以上技术问题，本发明公开了一种银合金复合纳米材料的制备方法，生产过程简单可控，能源消耗少，便于规模化生产，方法环保，与现有技术的单纯的纳米银相比，不容易团聚长大，复合纳米粉体的杀菌性能更加稳定可靠。

对此，本发明采用的技术方案为：

一种银合金复合纳米材料的制备方法，其包括以下步骤：

步骤S1，将银与铜、锌、镁、铝、钛金属中的至少一种组合制备得到复合金属线棒；

步骤S2，将复合金属线棒作为直流电源的阳极导体，与阴极形成的电弧，使阳极导体的金属线棒尖端气化蒸发，产生烟雾状的金属原子团，银金属原子与铜、锌、镁、铝、钛金属原子中的至少一种充分混合，形成气态合金；

步骤S3，伴随金属气化的同时，用0.5~1.5倍音速的空气气流将气态合金进行冷却；

步骤S4，收集冷却后的粉体，得到银合金氧化铜、银合金氧化锌、银合金氧化镁、银合金氧化铝或银合金二氧化钛的银合金复合纳米材料。

其中，步骤S3中，采用0.5~1.5倍音速的空气气流将气态合金进行快速冷却过程中，缩短了从气态到固态的转换时间，防止组份材料由于熔点的差异导致相互包覆的核壳结构；快速冷却，有利于减少银原子的氧化。同时，铜、锌、镁、铝或钛金属原子，在冷却过程中，优先于银原子，与空气中的氧原子结合，分别生成氧化铜、氧化锌、氧化镁、三氧化二铝或二氧化钛等金属氧化物。银原子回归固体的单质银。

另外，大量的冷却空气的进入，使空气中的氢、氧原子，与银、铜、锌、镁、铝、钛的至少一种的气态金属原子相互碰撞阻挡，相同的金属原子无法大量聚集。从气态回到固态时，形成10nm~30nm的复合物颗粒，保证了其中的金属银是以纳米尺度的形态存在。

这样，最终得到的复合粉体，不是纳米银分别与氧化铜、氧化锌、氧化镁、三氧化二铝或二氧化钛等金属氧化物的简单混合，而是银分别与氧化铜、氧化锌、氧化镁、三氧化二铝或二氧化钛等金属氧化物在原子层面的紧密结合，组份不可单独剥离，是全新结构的材料。

作为本发明的进一步改进，所述复合金属线棒中，银所占的重量百分比为40%~80%。

进一步的，所述复合金属线棒中，铜、锌、镁、铝或钛的重量百分比为： 60%~20%。

作为本发明的进一步改进，步骤S1中，所述复合金属线棒采用以下步骤制备：将银丝分别与铜、锌、镁、铝、钛中至少一种的金属丝编织成混合金属线，经过冷轧压延成复合金属线棒。

作为本发明的进一步改进，所述银、铜、锌、镁、铝、钛的金属丝的直径为0.4~1.0mm，所述复合金属线棒的直径为4-6mm。

作为本发明的进一步改进，所述阳极导体与阴极形成的电弧的温度为5000℃以上。

作为本发明的进一步改进，所述银合金复合纳米材料的颗粒为10nm~30nm。

作为本发明的进一步改进，步骤S2中，所述直流电源的电压为30-40V，电流900-1100A。

作为本发明的进一步改进，步骤S3中，所述空气气流为1~1.2倍音速。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

（1）采用本发明的技术方案，用物理原理的气化冷凝法生产纳米材料，不需要酸、碱等化工原材料，无废水、废气、废渣等污染物。

（2）采用本发明的技术方案，通过对原材料的组份配比，以及电压、电流、气流量、温度等工艺参数的调整控制，生产过程简单可控，能源消耗少，便于规模化生产。产品清洁度高，质量有保障。

（3）采用本发明的技术方案，在无惰性气体保护的生产过程中，充分利用了铜、锌、镁、铝、钛金属的物理特性，有效地阻止了银金属的原子团聚和氧化。复合纳米粉体的颗粒只有10nm—30nm大小，其中的银金属的尺寸更小。因此，与单纯的纳米银相比，不容易团聚长大，复合纳米粉体的杀菌性能更加稳定可靠。

（4）采用本发明的技术方案，复合纳米粉体结合了氧化铜、氧化锌、氧化镁、三氧化二铝、二氧化钛等金属氧化物的特性，在纺织服装、涂料、陶瓷、医药、金属加工等领域具体产品的应用上，更加简便。

附图说明

图1是本发明实施例1的扫描电镜图。

图2是本发明实施例1的透射电镜图。

图3是本发明实施例2的扫描电镜图。

图4是本发明实施例2的透射电镜图。

图5是本发明对比例1的扫描电镜图。

具体实施方式

下面对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明。

实施例1

一种银合金氧化铜复合纳米粉体的制备方法，其包括以下步骤：

1.备料。

采用直径为0.5mm、纯度为99.9%的银金属丝70%，直径为0.5mm、纯度为99.9%的铜金属丝30%，将银与铜金属丝编织成直径为8mm的混合金属线，经过冷轧压延成直径为5 mm的金属线棒。

2. 气化。

将银与铜金属线棒作为阳极导体，直流电压36伏，电流1050安，电弧长30mm，温度5000℃以上。

3. 冷凝。

伴随金属气化的同时，用1倍音速的空气气流将气态合金脱离高温区域，进行快速冷却，使金属从气态回到固态时，形成10nm—30nm的复合物颗粒，

4. 收集。

通过粉体收集器进行气固分离，得到银合金氧化铜的复合纳米粉体，并对其进行300℃热处理。对粉体加热前后进行对比，颜色并没有变化，所以粉体中的银成份，并不是氧化银。

对得到的银合金氧化铜的复合纳米粉体进行扫描电镜和透射电镜检测，如图1和图2所示，可见得到的颗粒均匀，团聚现象少。图2的透射电镜图可见粉体的粒径为10nm~30nm。如果粉体中的金属银和其它氧化物是各自独立的颗粒，那么，经过300℃加热，其中的银合金氧化铜的复合纳米颗粒会长大，形成硬团聚。然而电镜图显示的粉体颗粒，是经过加热处理的，并没有大的硬团聚颗粒。

对本实施例得到的银合金氧化铜的复合纳米粉体，做纺织品（针织布）的抗菌测试，取得的抑菌率为：大肠杆菌99.99%、金黄色葡萄球菌99.99%、白色念珠菌99.92%，换算成杀菌率，则分别为：大肠杆菌95.71%、金黄色葡萄球菌99.57%、白色念珠菌97.17%。不仅达到抗菌纺织品的AAA级标准，而且实际使用中，连续使用七天免换洗，完全不臭。

实施例2

一种银合金氧化锌复合纳米粉体的制备方法，其包括以下步骤：

1.备料。

采用直直径为0.5mm、纯度为99.9%的银金属丝80%，直径为0.5mm、纯度为99.9%的锌金属丝20%，将银与锌金属丝编织成直径为8mm的混合金属线，经过冷轧压延成直径为5mm的金属线棒。

2. 气化。

将银与锌金属线棒作为阳极导体，直流电压32伏，电流980安，电弧长28mm，温度5000℃以上。

3. 冷凝。

伴随金属气化的同时，用1.2倍音速的空气气流将气态合金脱离高温区域，进行快速冷却，使金属从气态回到固态时，形成10nm—30nm的复合物颗粒，

4. 收集。

通过粉体收集器进行气固分离，得到银合金氧化铜的复合纳米粉体，并对其进行300度热处理。对粉体加热前后进行对比，颜色并没有变化，所以粉体中的银成份，并不是氧化银。

对得到的银合金氧化铜的复合纳米粉体进行扫描电镜和透射电镜检测，如图3和图4所示，可见得到的颗粒均匀，团聚现象少。

对本实施例得到的银合金氧化锌，做涂料的抗菌测试，取得的杀菌率为：大肠杆菌99.99%、金黄色葡萄球菌99.99%。涂覆在电冰箱内胆上，电冰箱投入正常使用6个月，涂层上0细菌检出，电冰箱内部完全无异味。

对比例1

采用与实施例1同样方法气化金属银，冷却喷吹气流速度低于0.3倍音速，所形成银金属和氧化银的混合物，经过300℃加热还原，得到的纳米银粉体的扫描电镜图如图5所示。可见图中的颗粒明显比银合金氧化铜和银合金氧化锌增大，并伴随着大的团聚体。

采用本对比例得到的银金属和氧化银的混合物，做纺织品（袜子）的抗菌测试，取得的抑菌率为：大肠杆菌88.24%、金黄色葡萄球菌98.43%、白色念珠菌96.84%，换算成杀菌率，则分别为：大肠杆菌0%、金黄色葡萄球菌63.33%、白色念珠菌40.00%。虽然达到抗菌纺织品的AAA级标准，但实际使用效果，完全不能防臭。

将实施例1与对比例1相比，实施例1得到的银合金复合纳米材料具有更好的抗菌性能，而且与单纯的纳米银相比，团聚现象更少。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种银合金复合纳米材料的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：

步骤S4，收集冷却后的粉体，得到银合金复合纳米材料。

2.根据权利要求1所述的银合金复合纳米材料的制备方法，其特征在于：所述复合金属线棒中，银所占的重量百分比为40%~80%。

3.根据权利要求2所述的银合金复合纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述复合金属线棒采用以下步骤制备：将银丝分别与铜、锌、镁、铝、钛中的至少一种的金属丝编织成混合金属线，经过冷轧压延成复合金属线棒。

4.根据权利要求3所述的银合金复合纳米材料的制备方法，其特征在于：所述银、铜、锌、镁、铝、钛的金属丝的直径为0.4~1.0mm，所述复合金属线棒的直径为4-6mm。

5.根据权利要求1~4任意一项所述的银合金复合纳米材料的制备方法，其特征在于：所述阳极导体与阴极形成的电弧的温度为5000℃以上。

6.根据权利要求1~4任意一项所述的银合金复合纳米材料的制备方法，其特征在于：所述银合金复合纳米材料的颗粒为10nm~30nm。

7.根据权利要求1~4任意一项所述的银合金复合纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤S2中，所述直流电源的电压为30-40V，电流900-1100A。

8.根据权利要求1~4任意一项所述的银合金复合纳米材料的制备方法，其特征在于：步骤S3中，所述空气气流为1~1.2倍音速。