[發(fā)明專利]雙金屬電極脈沖直流偏置電沉積制備納米金屬顆粒的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201010282103.3
• 申請(qǐng)日: 2010-09-15
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102367582A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-03-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 涂江平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京奈艾斯新材料科技有限公司
• 主分類號(hào): C25C5/02
• 分類號(hào): C25C5/02;C25C7/02;C25C7/06
• 代理公司: 北京維澳專利代理有限公司 11252
• 代理人: 尚世浩

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及金屬納米顆粒的制備方法，特別是涉及電沉積制備納米金屬溶膠的方法。

背景技術(shù)：

金屬顆粒在處于納米尺度范圍時(shí)，具有獨(dú)特的電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)、力學(xué)性能。納米金屬顆粒在石油裂解催化、高密度磁記錄材料、環(huán)境保護(hù)，醫(yī)學(xué)生物檢測(cè)等領(lǐng)域有很好的應(yīng)用前景。但當(dāng)金屬顆粒在納米尺度時(shí)，具有強(qiáng)烈的選擇吸附性，極易發(fā)生團(tuán)聚，使得穩(wěn)定分散的納米金屬顆粒的制備十分困難。

按照制備原理不同，納米級(jí)金屬顆粒的制備方法可以分為物理方法和化學(xué)方法等。其中物理方法是采用蒸發(fā)凝聚、離子濺射和激光濺射進(jìn)行金屬納米顆粒的制備。機(jī)械研磨也是一種較為簡(jiǎn)單常用的方法，如在-196℃的低溫下對(duì)銀粉進(jìn)行高能機(jī)械球磨，得到了平均粒徑約為20nm的銀顆粒粉末。物理方法原理簡(jiǎn)單，所得產(chǎn)品雜質(zhì)少、質(zhì)量高，但其缺點(diǎn)是對(duì)儀器設(shè)備要求較高，生產(chǎn)費(fèi)用昂貴。化學(xué)法是目前納米金屬材料最常用的制備方法，它是通過(guò)化學(xué)反應(yīng)將金屬離子還原，使其形成納米級(jí)顆粒。根據(jù)還原金屬離子方法的不同，納米金屬顆粒的制備又可分為化學(xué)還原法、熱解法、射線輻照法、微乳液法、超臨界流體法、電化學(xué)法等。其中化學(xué)還原法是最常用的納米金屬顆粒的制備方法之一，其原理是將金屬鹽與適當(dāng)?shù)倪€原劑在液相中進(jìn)行反應(yīng)，使金屬離子被還原成原子，并生長(zhǎng)為單質(zhì)顆粒。但化學(xué)還原法制得的納米金屬顆粒中雜質(zhì)含量相對(duì)較高。而且由于相互之間表面作用能大，生成的金屬微粒之間易團(tuán)聚，所以化學(xué)還原法制得的金屬粉末粒徑一般較大，分布較寬。加入分散劑能夠降低生成的金屬顆粒的團(tuán)聚作用，減小顆粒粒徑，但增加了反應(yīng)副產(chǎn)物，提高了生產(chǎn)成本。而電化學(xué)法是在氮?dú)獗Ｗo(hù)下用鉑電極直接對(duì)含可溶性金屬離子的電解液進(jìn)行電解，得到樹(shù)枝狀和球形的納米金屬顆粒。熱解法是通過(guò)有機(jī)金屬化合物的熱解反應(yīng)制取納米金屬顆粒材料，該方法具有工藝路線簡(jiǎn)單、反應(yīng)條件溫和、產(chǎn)物組成均勻、結(jié)構(gòu)易于控制及容易實(shí)現(xiàn)大量制備等特點(diǎn)，但原材料昂貴。相對(duì)于物理方法而言，化學(xué)方法較為靈活多樣，易于操作，但同時(shí)這幾種方法需要消耗大量的表面活性劑，不僅提高了生產(chǎn)成本，而且容易污染環(huán)境。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的是提供一種雙金屬電極脈沖直流偏置電沉積制備納米金屬顆粒的方法，它能實(shí)現(xiàn)規(guī)模化高產(chǎn)率生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)納米金屬顆粒，制備工藝簡(jiǎn)單，能耗低，產(chǎn)率高，環(huán)保，適合于規(guī)?；a(chǎn)。

為了解決背景技術(shù)所存在的問(wèn)題，本發(fā)明是采用以下技術(shù)方案：將兩片金屬板平行并列放入裝有電解質(zhì)水溶液的電解槽中，兩塊金屬板分別連接脈沖直流偏置電源的正、負(fù)極，室溫下，施加波形為方波，脈沖頻率為60～100Hz，脈沖電壓幅值為8～12V，偏置電壓為2～5V，偏置電流密度為0.005～0.05A/dm²的脈沖直流偏置電流，獲得粒徑為3～30nm的金屬顆粒。

所述的金屬板可以是銀板、鉑板、鈀板、鎳板，兩塊金屬板之間的距離為3-10cm。

所述的電解質(zhì)水溶液中為氯酸鹽或硝酸鹽和亞硫酸鈉組合的濃度為0.06～0.1mol/L的弱酸性溶液；或者是濃度為0.05～0.08mol/L的氨基磺酸鹽堿性溶液。

為了使制備的納米金屬顆粒穩(wěn)定以及防止納米金屬顆粒的團(tuán)聚，選擇在電解質(zhì)水溶液中加入聚乙烯吡咯烷酮和木質(zhì)素作為表面活性劑和分散劑，聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量濃度為該電解質(zhì)水溶液總質(zhì)量的0.5～3.0％，木質(zhì)素的質(zhì)量濃度為該電解質(zhì)水溶液總質(zhì)量的0.2～0.8％。

由于溶膠含有大量的水在脫水干燥的過(guò)程中，顆粒之間會(huì)產(chǎn)生大量的毛細(xì)管，在表面張力的作用下使膠粒發(fā)生收縮、聚結(jié)，也是造成溶膠顆粒團(tuán)聚。同時(shí)，由于在溶膠中，金屬膠粒表面存在的大量架橋羥基將引起相鄰膠粒之間由于氫鍵作用而結(jié)合在一起，在脫水干燥過(guò)程中，這些氫鍵也將轉(zhuǎn)化成強(qiáng)度更高的橋氧鍵從而使金屬顆粒形成硬團(tuán)聚。加入適當(dāng)?shù)挠袡C(jī)物表面活性劑，有機(jī)物分子會(huì)吸附在膠粒上，在膠粒之間產(chǎn)生空間位阻效應(yīng)，提高顆粒的分散性。而且在溶膠的脫水干燥過(guò)程中，由于有機(jī)溶劑具有較小的表面張力，將削弱脫水過(guò)程中的毛細(xì)管力，使顆粒之間的結(jié)合強(qiáng)度降低。

本發(fā)明采用純度超過(guò)99.94％的高純金屬，陽(yáng)極、陰極的金屬片的厚度為0.05～5mm。

本發(fā)明具有以下有益效果：工藝簡(jiǎn)單，能耗低，產(chǎn)率高，環(huán)保，適合于規(guī)?；a(chǎn)，溶膠的分散性和穩(wěn)定性好，存放幾個(gè)月較少發(fā)生沉淀或分層現(xiàn)象。

具體實(shí)施方式：