TWI394620B - 奈米金屬粒子之合成方法 - Google Patents

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奈米金屬粒子之合成方法
本發明是有關於一種奈米金屬粒子之合成方法，且特別是有關於一種透過異相反應的奈米金屬粒子之合成方法。
奈米科技是近年來最受矚目的科技領域之一。舉凡電子、材料、生物科技、醫學及環境能源等，幾乎所有領域皆與奈米科技有著密不可分的關係。
一般常見奈米金屬粒子的製備方法，是透過液相與液相間的均相反應來產生奈米金屬粒子。此種製備方法容易使奈米金屬粒子相互連結，形成大團的金屬顆粒，造成奈米金屬粒子的不均勻。而欲使金屬粒子分散必須再加入分散劑，但此種方法不但使製備過程更加繁複，亦無法完全產生均勻粒徑的奈米金屬粒子。
因此，本揭示內容之一態樣是在提供一種奈米金屬粒子之合成方法，其透過液相與固相間的異相反應，產生了均勻顆粒大小的奈米金屬粒子。
依據本揭示內容一實施方式，提供一種奈米金屬粒子之合成方法。其中，合成方法包含選用一摻有複數個金屬離子之固態聚亞醯胺酸，且選用具有一添加劑之一還原液，將聚亞醯胺酸置入還原液中，而在還原液中產生奈米金屬粒子。
藉此，聚亞醯胺酸置入還原液後，其中的金屬離子可被還原液還原成金屬原子。而透過添加劑可將金屬原子氧化成金屬離子，並將其帶離聚亞醯胺酸而懸浮於還原液中。再由還原液將金屬離子還原，得到均勻粒徑大小的奈米金屬粒子。
請參照第1圖，其繪示依照本揭示內容一實施方式的一種奈米金屬粒子之合成方法之步驟流程圖。奈米金屬粒子之合成方法如下列步驟：
步驟100中，選用摻有複數個金屬離子之固態聚亞醯胺酸(polyamic acid，PAA)，該些金屬離子為欲合成奈米金屬粒子的金屬離子。
步驟110中，選用具有添加劑之還原液，其中還原液為二甲基胺硼烷((CH3 )2 NHBH3 ，簡稱DMAB)、硼氫化鈉(NaBH4 )或聯胺(NH2 NH2 )水溶液，而添加劑可為硫醇類化合物，其化學式如下：HS-(CH2 )n -Y，其n=1~15，Y=OH、COOH、COONa、SO3 Na、NH2 或CH3 ；X-(CH2 )m -S-S-(CH2 )n -Y，其m=1~15、n=1~15，且X=OH、COOH、COONa、SO3 Na、NH2 或CH3 ，以及Y=OH、COOH、COONa、SO3 Na、NH2 或CH3 ；或HS-(CH2 )m -CH(SH)-(CH2 )n -X，其m=1~15、n=1~15，且X=OH、COOH、COONa、SO3 Na、NH2 或CH3 ，以及Y=OH、COOH、COONa、SO3 Na、NH2 或CH2 。
例如：
「MPS(3-mercapto-1-propanesulfoante)：NaSO3 (CH2 )3 SH」。
「MPE(3-Mercapto-1-propanol)：HS(CH2 )3 OH」。
「MPA(3-Mercaptopropionic acid)：HS(CH2 )2 COOH」。
「MES(Sodium 2-mercaptoethanesulfonate)：HS(CH2 )2 SO3 Na」。
「TGC(Sodium thioglycolate)：HSCH2 COONa」。
「DMPS(2,3-Dimercapto-1-propanesulfonic acid sodium)：HSCH2 CH(SH)CH2 SO2 Na」。
步驟120中，將聚亞醯胺酸(PAA)置入已加入添加劑的還原液中。當還原液接觸到聚亞醯胺酸中的金屬離子時，會釋放電子來還原金屬離子，而還原後的金屬原子會沉積在聚亞醯胺酸的表面。由於表面的金屬離子會先被還原液釋放的電子還原，使得聚亞醯胺酸內部的金屬離子濃度比表面的金屬離子濃度高，而形成了濃度差，使聚亞醯胺酸內部的金屬離子向表面擴散。藉此，產生了金屬離子還原的連鎖反應，使聚亞醯胺酸內部的金屬離子亦能與還原液接觸，而被還原液釋放的電子還原成金屬原子。
當奈米金屬顆粒沉積一定量後，沉積在聚亞醯胺酸表面最外層的金屬原子會被添加劑吸附包圍，而產生自組裝薄膜(self-assembly monolayer，SAM)，使得還原液無法與聚亞醯胺酸內部的金屬離子接觸而釋放電子，因此停止了還原反應。添加劑與金屬原子形成自組裝薄膜時，添加劑會將所吸附的金屬原子氧化為一價金屬離子，因此可將添加劑視為氧化劑，並與金屬離子生成複合物，如硫醇鹽類物質(thiolate)，且離開聚亞醯胺酸表面而懸浮在還原液中。當複合物離開了聚亞醯胺酸表面後，還原液立即與一價金屬離子接觸而釋放電子。因此，一價金屬離子又被還原成金屬原子，而形成了添加劑與金屬原子的複合物，並沉澱於還原液中。
藉此，使用者可將沉澱在還原液中的複合物析出，而得到奈米金屬粒子。且上述奈米金屬粒子之合成方法是由固態及液態物質間的異相反應來產生奈米金屬粒子，相較於過去由兩液態物質間的均相反應來產生奈米金屬粒子，異相反應較不容易造成大團顆粒的形成，且無需添加分散劑來分散較大的金屬粒子團。
請參照第2圖，其繪示依照本揭示內容另一實施方式的一種奈米金屬粒子之合成方法之步驟流程圖。奈米金屬粒子之合成方法包含以下步驟：
步驟200中，將一聚亞醯胺板(polyimide,PI)置入一化學鹼溶液中，其中化學鹼溶液可為氫氧化鉀(KOH)水溶液、氫氧化鈉(NaOH)水溶液或氫氧化鋰(LiOH)水溶液。數分鐘後將聚亞醯胺板取出，而其表面會產生一聚亞醯胺酸膜(polyamic acid,PAA)，且化學鹼溶液中的鹼金屬離子會附在聚亞醯胺酸膜中。
步驟210中，將具有聚亞醯胺酸膜的聚亞醯胺板至入一具有金屬離子的水溶液中，其中水溶液可為硫酸銅(CuSO4 )水溶液、硫酸鎳(NiSO4 )水溶液、硝酸銀(AgNO3 )水溶液、氯化金(AuCl3 )水溶液、氯化鈀(PdCl2 )水溶液或氯鉑酸(H2 PtCl6 ‧(H2 O)6 )水溶液。藉此，聚亞醯胺酸膜中的鹼金屬離子會與水溶液中的金屬離子進行離子交換，使水溶液中的金屬離子依附在聚亞醯胺酸膜中。
接著，與第1圖實施方式之步驟100-120相同，將具有金屬離子之聚亞醯胺酸膜置入加入硫醇類添加劑之還原液中，使聚亞醯胺酸膜內的金屬離子被還原成金屬原子，並沉積至聚亞醯胺酸膜表面；沉積在聚亞醯胺酸膜表面的金屬原子被氧化成一價金屬離子，並懸浮在還原液中。還原液再次將懸浮的金屬離子還原成奈米金屬粒子，可得到具有奈米銅顆粒的DMAB溶液。
由上述實施方式可知，應用本揭示內容具有下列優點。
1.透過固相及液相間的異相反應，可得到均勻且顆粒細緻的奈米金屬粒子，可改善過去製造奈米金屬粒子時，所產生的大團金屬顆粒。
2.由於奈米金屬粒子會被添加劑吸附包圍，因此在還原液中形成了穩定的懸浮奈米金屬粒子。
雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100-220．．．步驟
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下：
第1圖係繪示依照本揭示內容一實施方式的一種奈米金屬粒子之合成方法之步驟流程圖。
第2圖係繪示依照本揭示內容另一實施方式的一種奈米金屬粒子之合成方法之步驟流程圖。
100-120．．．步驟

Claims (9)

  1. 一種奈米金屬粒子之合成方法，包含：選用一摻有一金屬離子之固態聚亞醯胺酸；選用具有一添加劑之一還原液，其中該添加劑為硫醇類化合物；將該聚亞醯胺酸置入一還原液中；以及在該還原液中產生一奈米金屬粒子。
  2. 如請求項1所述之奈米金屬粒子之合成方法，其中該金屬離子為Cu2+ 、Ni2+ 、Ag+ 、Au3+ 、Pd2+ 或Pt2+ 。
  3. 如請求項1所述之奈米金屬粒子之合成方法，其中該還原液為二甲基胺硼烷、硼氫化鈉或聯胺水溶液。
  4. 如請求項1所述之奈米金屬粒子之合成方法，其中該硫醇類化合物之化學式為HS-(CH2 )n -Y，其n=1~15，Y=OH、COOH、COONa、SO3 Na、NH2 或CH3 。
  5. 如請求項1所述之奈米金屬粒子之合成方法，其中該硫醇類化合物之化學式為X-(CH2 )m -S-S-(CH2 )n -Y，其m=1~15、n=1~15，且X=OH、COOH、COONa、SO3 Na、NH2 或CH3 ，以及Y=OH、COOH、COONa、SO3 Na、NH2 或CH3 。
  6. 如請求項1所述之奈米金屬粒子之合成方法，其中該硫醇類化合物之化學式為HS-(CH2 )m -CH(SH)-(CH2 )n -X，其m=1~15、n=1~15，且X=OH、COOH、COONa、SO3 Na、NH2 或CH3 ，以及Y=OH、COOH、COONa、SO3 Na、NH2 或CH3 。
  7. 如請求項1所述之奈米金屬粒子之合成方法，更包含：選用一聚亞醯胺材料；將該聚亞醯胺置入一化學鹼溶液中，使其表面產生一聚亞醯胺酸膜；將該具有聚亞醯胺酸膜之聚亞醯胺置入具有金屬離子之一水溶液，使聚亞醯胺酸膜摻有一金屬離子。
  8. 如請求項7所述之奈米金屬粒子之合成方法，其中該化學鹼溶液為氫氧化鉀水溶液、氫氧化鈉水溶液或氫氧化鋰水溶液。
  9. 如請求項7所述之奈米金屬粒子之合成方法，其中該水溶液為硫酸銅水溶液、硫酸鎳水溶液、硝酸銀水溶液、氯化金水溶液、氯化鈀水溶液或氯鉑酸水溶液。
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