[发明专利]制备金属纳米颗粒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备金属纳米颗粒的方法。

背景技术

纳米级的颗粒是人们众所周知的。它们的性质被应用于很多的产品中，例如用于涂料、油墨、药品、治疗制剂和化妆品，以及在热塑性塑料和热固性塑料之类的基质材料中作为添加剂。由于在纳米颗粒中，相对于材料中总原子数，相当大百分比例的原子位于表面处，纳米颗粒可能另外具有独特的或有用的与尺寸有关的性质，这些性质不同于具有相同组成的大块材料的性质。

使人感兴趣的是金属纳米颗粒，其可以配制成例如导电性油墨和涂料，应用于电子工业。尽管已知各种用来制备金属纳米颗粒的方法，但是人们仍然需要更有效更有成本效益的方法。

发明内容

根据本发明的方法，由包含第一金属和第二金属的液态熔体制备了第一金属的纳米颗粒，对所述熔体进行骤冷，以形成固体。从固体中选择性地除去所述第二金属，形成第一金属的纳米颗粒。在随后的任选步骤中，可以收集所述纳米颗粒并且/或者用某种材料对其进行涂覆，例如以防发生附聚和/或提高在液体中的分散性。

所述熔体的组分包含至少两种不同的金属，所述不同的金属优选形成熔体或液态合金，或者在骤冷之前以液体熔融态均匀分散，并且在骤冷之后以固态均匀分散。当由液体熔融态骤冷的时候，制得了固体，然后可进行除去第二金属，以制得由第一金属的纳米颗粒组成的粉末。优选骤冷至低于80℃的温度，更优选低于50℃，最优选低于40℃。所述骤冷步骤优选非常快地进行，例如骤冷速度大于1000℃/秒，优选骤冷足够迅速，以便在骤冷之后防止组分发生过多的相分离。在一个实施方式中，在骤冷之后立即进行溶浸。

在大多数情况下，通过将第二金属溶解在溶浸剂中，从固体选择性地除去第二金属，留下第一金属的纳米颗粒。

在一个示例性的实施方式中，所述熔体的组分形成银和铝的熔融溶液。较佳的是，银的含量小于熔体的80重量％，更优选小于熔体的60重量％，最优选小于熔体的50重量％。在骤冷的固体中，通过用含水氢氧化物溶浸剂，例如氢氧化钠或氢氧化钾，进行溶解，选择性地除去铝，留下银纳米颗粒。

附图说明

图1是本方法制备的银纳米颗粒的透射电子显微照片(TEM)。

图2-4是通过实施例3举例说明的方法用不同溶浸时间制备的银纳米颗粒的扫描电子显微照片(SEM)。

具体实施方式

本文所用的术语″纳米颗粒″表示具有以下性质的颗粒：所述颗粒的至少一个尺度是亚微米级并且/或者颗粒的至少一种性质不同于具有相同组成的大块材料的性质。在本文中，“纳米粉末”，“纳米颗粒”，“纳米级颗粒”，“超细″或″亚微米″粉末或颗粒以及其它类似的术语，可以与术语“纳米颗粒”互换使用。

根据本发明的方法，形成了包含至少两种金属的液态熔体。对所述组分进行选择，以形成熔融溶液，也就是说，其中所述金属形成均匀的混合物，或者所述金属是均匀分散的。可以选择金属的组合，使得所述组合的熔融温度相对于独立组分的熔融温度降低。例如，处于或接近其低共熔点的低共熔混合物的熔点低于任一种纯金属的熔点。

然后对熔体进行骤冷。足够快速地骤冷至足够低的温度将使得金属组分冻结在均匀的或者具有精细结构的固态。将固体保持在足够低的温度可以防止或者限制材料结构中发生进一步变化。骤冷的具体速率、最终温度和最终温度的停留时间会影响均一性或纳米材料结构，微区尺寸，以及固体的其它结构性质。

然后优选在发生材料结构变化、例如发生相分离之前，从固体除去该固体中的第二金属。余下的第一金属具有纳米颗粒形式或者包含纳米颗粒的附聚粉末形式，并具有所需的组成。

也可以将所述第二金属以及任意其它的最终要从骤冷过程中形成的固体中除去的组分称为″基质″材料。通常通过在被称为“溶浸剂”的材料中溶解，而从固体中除去基质材料。

熔体的金属组分可以包括元素金属，或者由金属氧化物、金属硫化物、金属氮化物、金属卤化物、金属盐等提供的金属。所述金属可以选自下组：包括但不限于铂、铱、金、银、铝、镁、钯、铂、铑、钌、钛、锇、铼、铜、镍、钴、铁、铟、锡、锌、钕、硼、及其组合。

原料可以以各种形式提供，包括但不限于丸粒，薄片或小片，或者可以在对更大的形式进行切割、研磨、磨碎或其它粉碎操作之后提供。根据最终产物所需组成和纯度，以及根据用途，原料的纯度可高或低。原料可以以晶态、半晶态或无定形的形式提供。