[发明专利]用于生产超细金属粉末的基于水溶液的方法

说明书

发明领域

本发明通常涉及超细金属组合物和生产该组合物的方法。本发明进一步涉及用超细金属组合物涂覆各种衬底的方法。

发明背景

超细金属颗粒具有许多独特的物理和化学性质，这使它们成为应用于各种用途的理想材料，如电子、催化剂、冶金和装饰。与现有技术中采用的制造颗粒的技术相比，此方法基于溶液中的化学沉淀而提供了诸多优势，如低的生产成本和对金属颗粒形成机理的良好控制。现有技术中的其他方法采用基于化学的技术，如基于醇或多元醇中的还原反应的一种方法，已经成功生产出Co、Cu、Ni、Pb和Ag的微米和亚微米尺度的金属粉末。例如，美国专利US 4,539,041讨论了一种生产微米尺度的金属颗粒的方法，该方法利用多元醇将各种金属化合物转化成金属粉末。

Short的美国专利US 3,620,713和US 3,620,714公开了一种生产用于电子元件的铂和铂合金粉末的方法，其平均粒度为0.5-2μm，该方法中采用氢氧化铵现沉淀铂氨络合物，然后用肼还原以产生金属。Jost的美国专利US 4,456,473和US 4,456,474公开了一种类似的工艺，该工艺中银铵络合物在水中被肼还原以产生平均直径为0.6-5μm的颗粒。Lin等人的美国专利US 5,413,617也公开了一种在特定的温度范围内用含水肼还原银铵络合物的方法以赋予高表面积的粉末未公开过的粒度。根据美国专利US 4,039,317(Montino等人)，在高压釜中用氢还原银铵络合物以提供粒径为0.5-3μm的银，而同样还原不含氨的银的氧化物悬浮体则报道产生小到0.1μm的颗粒。用含水亚硫酸氢盐已将金-氨络合物还原成4μm的金颗粒(Fraioli的美国专利US 5,413,617)。

多元醇工艺因要求复杂的设备以及所用的有机溶剂的成本，因此产生的金属粉末通常价格昂贵。水溶液方法花费少些，但除过需要高压釜的Montini法，而水溶液方法不能产生小于约0.5μm的颗粒。本发明提供了一种能够在水溶液中经济有效地生成低分散的、晶体的、超细的金属颗粒的方法。这种颗粒在许多领域，特别是电子领域中受到高度期待。

发明概述

本发明提供了一种形成具有多个超细金属颗粒的组合物的方法，以及由此产生的金属组合物，根据此方法获得了多个超细金属颗粒，此方法包括：

(a)提供包含还原剂和稳定剂的还原性溶液；

(b)提供含有金属-氨络合物的金属-氨溶液；

(c)形成含有还原性溶液和金属-氨溶液的反应混合物；

(d)将反应混合物维持在足以使金属-氨络合物还原成金属颗粒的条件下，由此产生多个超细金属颗粒；以及任选地，

(e)分离金属颗粒。

在本发明的一个实施方案中，金属-氨络合物是氨与过渡金属或贵金属，如Cu、Pd和Ag的络合物，该络合物通过使含有金属盐的溶液与氢氧化铵或氨反应形成。在某些实施方案中，还原剂是糖类，如D-葡萄糖。在某些实施方案中，稳定剂是水溶性树脂(如天然产生的、合成的或半合成的水溶性树脂)或阿拉伯树胶。在通过水解分离金属颗粒的过程中可以将阿拉伯树胶除去。多个超细金属颗粒可以具有至少一种期望的特征，如密集的尺寸分布、低程度的团聚、高程度的结晶度以及完全重新分散进液体(如水溶液)中以形成稳定的分散体的能力。

在另一方面，本发明提供了一种用根据此处公开的方法获得的多个超细金属颗粒涂覆的衬底。

从下面的详细描述中，本发明的其他特征和优势将变得显而易见。然而，应该理解此详细的描述和具体的实施例虽然表明了本发明的优选实施方案，但是它们仅通过示例的方式给出，由此详细描述，在本发明的主旨和范围内的各种变化和修改对本领域技术人员而言都是显而易见的。

附图简述

图1描绘了用于合成超细银颗粒的试验装置。

图2显示了采用本发明的方法生产的超细银颗粒的FE-SEM图像。(a)198.7g AgNO₃和8ml/min的流动速率；(b)382g AgNO₃和8ml/min的流动速率；(c)382g AgNO₃和30ml/min的流动速率。采用两种放大倍数(25,000和100,000)的FE-SEM获得这些图像。

图3阐述了银颗粒的粒度分布(PSD)随数目(％)(a)和体积(％)(b)的变化，其由382g AgNO₃在金属前体溶液的30ml/min的流动速率下得到。

图4显示了图2a所示的银颗粒的X-射线衍射图案。

发明详述