采用有机还原剂化学还原法制备纳米银粉的研究

采用有机还原剂化学还原法制备纳米银粉的研究 采用有机还原剂化学还原法制备纳米银粉 的研究 2006年6月 第27卷第2期 贵金属 PreciousMetals Jun.2O06 ,,01.27.No.2 采用有机还原剂化学还原法制备纳米银粉的研究 陈为亮,闰建英,宋宁,李秋霞2,杨斌,戴永年(1.昆明理工大学真空冶金国家工程实 验室,云南昆明650093;2,云南师范大学化学化工学院,云南昆明650092) StudyonSilverNanopowderPreparedbyChemicalReductionwithan OrganicReductant CHENWeiliang,YANJianying,SONGNing,LIQiuxia,YANGBin,DAIYongnian (1.NationalEngineeringLaboratoryofVacuumMetallurgy,KunmingUniversityofScienceandTechnology, Kunming,Yunnan650093,China;2.FacultyofChemistryandChemicalEngineering,YunnanNormalUniversity, Kunming,Yunnan650092,China) Abstract:BasedonthechemicalreductionmethodoforganlcreductantBSGthe1nfluenceofsome factors,suchasthesurfactantanditsdosage,theconcentrationofAg,thereactiontemperature,on theparticlesizeofsilvernanopowderunderalkalinecondition,wasinvestigated.WhenPVAwas usedasthesurfactant,silvernanopowderwithparticlesizeoflessthan100nmwerepreparedunder followingconditionof25~500C.Agconcentrationof0.1,0.5mol/Landhighspeedsilting. Keywords:Metalmaterials;Silvernanopowder;Chemicalreduction;Preparation 摘要:采用化学还原法制备纳米银粉,研究了以有机试剂BSG为还原剂,碱性条件下表 面洚}生剂的种类和用量,银离子浓度以及反应温度对所生成银粉粒径的影响.以PVA为表 面活性剂,在反应温度为25~50?,【Ag】为O.1,O.5mol/L和高速搅拌的条件下,制备出 了平均粒径小于100nm的银粉. 关键词:金属材料;纳米银粉;化学还原法;制备 中图分类号:TG146.32文献标识码:A文章编号:1004—0676(2006)02.0014.04 纳米粉末是指粒径介于1,100nm的颗粒.与普通银粉相比,纳米银粉具有比表面积大,表面能 及表面活性高,烧结温度低等特性,广泛应用于电子,冶金,化工,医药,军工,航空,航天,抗 菌材料,超低温制冷等领域u~4】. 纳米银粉的制备方法主要有物理法和化学法,物理法中的真空蒸发.凝聚法【1】是制备金属纳米 微粒较成熟的方法,但该法投资大,产率低,能耗高.化学还原法是化学法中制备纳米粉体的一种 重要方法.化学还原法制备纳米粉具有产量大,制粉设备和过程比较简单,操作方便,容易控制粉 收稿Et期:2005.06.24 作者简介:陈为亮.男,副教授,博士后,现从事真空冶金及粉末材料的研制等工作.E.mail:drcwl@163.corn l6贵金属第27卷 核表面的速率增加,抑制银晶核长大的能力增大.但当PVA用量~t6g/kg—Ag粉增~lOg/kg—Ag粉时, 银粉平均粒径仅略有减小,实验表明PVA的用量1)26~8g/kg—Ag粉为宜;在此用量下,PVAB]I]好能在 所有银晶核表面形成一层保护层,而更多的PVA不仅起不到更强的抑制银晶核长大的作用,反而可 能会使溶液粘度增大,使得后期银粉的洗涤变得困难.因此,制备纳米银粉合适的分散剂为PVA, 其用量为6~8g/kg—Ag粉. 2.2银离子初始浓度对银粉粒径的影响 以BSG为还原剂,在PVA的用量为6g/kgAg粉,反应温度为25"C,反应时间为30min,终点 pH=10~ll和高速搅拌的条件下,银离子初始浓度(初始[Ag】)对银粉平均粒径的影响如图3所示. 由图3可见,随溶液中初始[Ag】由0.1mol/L增至0.5mol/L,银粉粒径由63nm增至72nm.这表明 随着[Ag】的增大,单位时间内形成的晶核数目有所增加,大大加快了新生成银扩散到原有银晶核表 面的速率,使得银粉粒径变大;但在高速搅拌的作用下,分散剂的扩散速度也相应增大,且由于PVA 的保护作用,已经形成的银晶核长大受到抑制,使得晶体生长速率降低,因此银粉粒径的增大趋势 降低.可见,在初始[Ag】为0.1t0.5mol/L的范围内,可以通过增大反应物浓度的提高劳动生 产率而不对纳米银粉平均粒径产生大的影响. 目 黛 初始[Ag】(tool/L) 图3银离子初始浓度对银粉粒径的影响 Fig.3Influenceoftheinitial[Agqonthe averageparticlesizeofAgnanopowder ,薹『 l 温度(?) 图4反应温度对银粉平均粒径的影响 Fig.4Influenceofreactiontemperatureon theaverageparticlesizeofAgnanopowder 2.3反应温度对银粉粒径的影响 以BSG为还原剂,在反应温度25~60"C范围,初始[Ag+】=0.5mol/L,PVA用量为6g/kg.Ag粉,反 应时间为30min,终点pH=10~ll和高速搅拌的条件下,反应温度对银粉平均粒径的影响如图4所示. 图5纳米银粉的SEM图象 Fig.5SEMimagesofAgnanopowder (a25"C,b40*C) 第2期陈为亮等:采用有机还原剂化学还原法制备纳米银粉的研究l7 由图4可见,在25~50?的温度范围内,随反应温度升高,银粉的平均粒径由72nm增至85nm, 但在50~60?内银粉的平均粒径急剧增大,由72nm增至134nm.说明反应温度升高,粒子的长 大速度大于形核速度;同时,随反应温度升高,粒子布朗运动加剧,颗粒之间发生碰撞聚结,可能 在粒子相互接触处局部熔合,形成一个大的多孔粒子聚合体,即发生团聚,使银粉的粒径增大,当 反应温度>50?时尤为明显. 图5是反应温度分别为25?和4o?时制备的纳米银粉的SEM图象.由图5可见,在反应温度为 25?和40?时制备的银粉的一次颗粒均小于0.1ima,均为纳米颗粒,但有部分颗粒 发生了团聚. 可见,综合考虑温度对银粉粒径的影响,在25~50~C内,采用较高的反应温度有利于降低纳米 银粉的还原时间,从而可以提高劳动生产率. 3结论 (1)在制备纳米银粉的过程中,以有机物BSG为还原剂,在初始[Ag1=o.1mol/L,反应温度为 25?,反应时间为30min,终点pH=1011以及高速搅拌的条件下,与使用分散剂PVP相比可以制 备出平均粒径更细的纳米银粉,PVA的合理用量为6~8g/kg—Ag粉. (2)在PVA的用量为6g/kg—Ag粉,反应温度为25~50~C,初始【Ag+】为0.1t0.5mol/L和高速搅 拌以及碱性条件下,以BSG为还原剂可以制备出平均粒径<100nm的纳米银粉. 泰克科技(苏州)有限公司的林耀民,尚阿娟,潘晓燕,宋玉梅等为本研究的实验和测试提供了方便,在此表示 诚挚的感谢! 参考文献 【l】宁远涛,赵怀志.银纳米材料【J】.贵金属,2003,24(3):54.60. 【2】刘雄,谭富彬,吴庆伟等.纳米银粉的热特性表征【J】_贵金属,2000,21(1):8-l1. 【3】周全法,徐正,包建春等.还原-保护法制备纳米级银粉的研究【J】.精细化工,2001,18(1):39-.42. [4】廖立,熊继,谢克难.液相还原法制备纳米银粉的研究[J】.稀有金属材料与工程,2004,33(5):558.560. 【5】魏智强,马军,冯旺军等.等离子体制备银纳米粉末的研究[J】.贵金属,2004,25(3):29.32. [6】6张宗涛,胡黎明,袁留锁等.高分子保护化学还原法制备纳米银粉[J】.贵金属,1995,l6(4):45.51. 【7】江建军,谈定生,刘久苗等.葡萄糖还原制取超细银粉[J】.上海有色金属,2004,25(1):5.8. 【8】李亚栋,贺蕴普,钱逸泰.银纳米粒子的制备及其表面特性研究【J】.化学物理,1999,12(4):465--468. 【91谭松庭,周建萍,姜忠民等.微乳液法制备超细金属银粉的研究[J】.湘潭大学自然科学,2001,23(4) 60.62. 【l0】谭富彬,赵玲,刘林等.纳米银粉的液固相化学制备方法及特性[J】.贵金属,1999,20(2):9-12. 【ll】路林波,陈建中,高绍康等.反相微乳液法制备纳米金属银粉[J】.福州大学(自然科学版),2004,32(2) 208.211. 【l21彭子飞,张立德.尺寸可控纳米级银的制备方法【P1.中国专利,CN1128188A,1996—8—7.3. 【l3】王璐,殷跃军,张国栋等.高纯高分散性球形超细银粉及生产方法【P】.中国专利,CN1227148,1999.9.1.4. 【l5】周全法,徐正,包建春.纳米级银粉的制备方法【P1.中国专利,CN1266761,2000.9.20:.1.