水熱還原法制銀納米顆粒

1、水熱還原法制備銀納米顆粒一 主要研究?jī)?nèi)容 :金屬納米顆粒的現(xiàn)狀及水熱法簡(jiǎn)介 銀納米顆粒的制備與其性質(zhì)分析 銀納米顆粒的應(yīng)用結(jié)論和展望二 水熱法原理、裝置及其特點(diǎn)水熱法是 19 世紀(jì)中葉地質(zhì)學(xué)家模擬自然界成礦作用而開始研究 的。1900 年后科學(xué)家們建立了水熱合成理論 ,以后又開始轉(zhuǎn)向功能材 料的研究。目前用水熱法已制備出百余種晶體。水熱法又稱熱液法 屬液相化學(xué)法的范疇。是指在密封的壓力容器中 ,以水為溶劑 ,在高溫 高壓的條件下進(jìn)行的化學(xué)反應(yīng)。 水熱反應(yīng)依據(jù)反應(yīng)類型的不同可分為 水熱氧化、水熱還原、水熱沉淀、水熱合成、 水熱水解、水熱結(jié)晶等。 其中水熱結(jié)晶用得最多。1. 基本原理 水熱法是利用

2、高溫高壓的水溶液使那些在大氣條件下不溶或難 溶的的物質(zhì)溶解， 或反應(yīng)生成該物質(zhì)的溶解產(chǎn)物， 通過控制高壓釜內(nèi) 溶液的溫差使產(chǎn)生對(duì)流以形成過飽和狀態(tài)而析出生長(zhǎng)晶體的方法。 自 然界熱液成礦就是在一定的溫度和壓力下， 成礦熱液中成礦物質(zhì)從溶 液中析出的過程。 水熱法合成寶石就是模擬自然界熱液成礦過程中晶 體的生長(zhǎng)。2. 合成裝置高壓釜為可承高溫高壓的鋼制釜體。 水熱法采用的高壓釜一般可承受 11000C 的溫度和 109Pa 的壓力，具有可靠的密封系統(tǒng)和防爆裝 置。高壓釜的直徑與高度比有一定的要求，對(duì)內(nèi)徑為 100-120mm 的 高壓釜來說，內(nèi)徑與高度比以 1：16 為宜。高度太小或太大都不便控

3、 制溫度的分布。由于內(nèi)部要裝酸、堿性的強(qiáng)腐蝕性溶液，當(dāng)溫度和壓 力較高時(shí)， 在高壓釜內(nèi)要裝有耐腐蝕的內(nèi)襯 （貴金屬如鉑金或黃金內(nèi) 襯或是一些高分子聚合物） ，以防礦化劑與釜體材料發(fā)生反應(yīng)。 也可 利用在晶體生長(zhǎng)過程中釜壁上自然形成的保護(hù)層來防止進(jìn)一步的腐 蝕和污染。如合成水晶時(shí)，由于溶液中的SiO2與Na?O和釜體中的鐵 能反應(yīng)生成一種在該體系內(nèi)穩(wěn)定的化合物，即硅酸鐵鈉（錐輝石 NaFeSi2O6 acmite）附著于容器內(nèi)壁，從而起到保護(hù)層的作用。3、水熱法的特點(diǎn)：a）合成的晶體具有晶面，熱應(yīng)力較小，內(nèi)部缺陷少。其包裹 體與天然寶石的十分相近。b）水熱法生產(chǎn)的粒子純度高、分散性好、晶形好且可

4、控制 ,生 產(chǎn)成本低c）密閉的容器中進(jìn)行，無法觀察生長(zhǎng)過程，不直觀；d）設(shè)備要求高（耐高溫高壓的鋼材，耐腐蝕的內(nèi)襯） 、技術(shù)難 度大（溫壓控制嚴(yán)格） 、成本高；e）安全性能差；三 金屬納米顆粒的研究現(xiàn)狀貴金屬納米顆粒的等離激元振蕩 （等離激元是與電磁場(chǎng)耦合的自 由電子的集體振蕩）頻率位于或接近光頻 , 并且具有模式壓縮、場(chǎng)增 強(qiáng)等新穎的光學(xué)性質(zhì) , 因此有廣闊的應(yīng)用前景 , 當(dāng)前備受關(guān)注 . 在研究單個(gè)金屬納米顆粒的等離激元之后進(jìn)一步研究?jī)蓚€(gè)甚至多個(gè) 顆粒間等離激元的耦合可以更深入地揭示等離激元的基本性質(zhì) , 是 構(gòu)筑具有實(shí)用功能的等離激元器件的重要基礎(chǔ) .金屬氧化物納米顆粒材料廣泛應(yīng)用于制作

5、催化劑、 精細(xì)陶瓷、 復(fù)合材料、 磁性材料、 熒光材料、 敏感材料及紅外吸收材料等。 但由于納米顆粒具有極大的比表面積和較高的表面能 , 在制備、 儲(chǔ) 存及隨后的應(yīng)用加工過程中極易發(fā)生粒子團(tuán)聚 , 導(dǎo)致失去納米顆粒 所具備的物性和功能 , 因而如何制備在空氣和液相介質(zhì)中都能穩(wěn)定 分散的納米顆粒成為當(dāng)前納米材料研究的重要課題。納米金屬也多見于金屬納米復(fù)合材料的制備， 納米復(fù)合材料按基 體材料類型可以分為金屬基納米復(fù)合材料、 陶瓷基納米復(fù)合材料、 聚 合物基納米復(fù)合材料。 金屬基復(fù)合材料兼具金屬與非金屬的綜合性 能，在韌性、耐磨性、熱膨脹、導(dǎo)電性等多種機(jī)械物理性能方面比同 性材料優(yōu)異得多。 金屬基

6、納米復(fù)合材料是由納米級(jí)的金屬或非金屬粒 子均勻地彌散在金屬及合金基體中而成，較之傳統(tǒng)的金屬基復(fù)合材 料， 其比強(qiáng)度、 比模量、耐磨性、導(dǎo)電、 導(dǎo)熱性能等均有大幅度 的提高。 因此， 金屬基納米復(fù)合材料在航空航天、 汽車、 電子等 高科技領(lǐng)域有極大的應(yīng)用前景。 如碳化硅纖維與顆粒增強(qiáng)鈦合金用于 大推力飛機(jī)壓氣機(jī)部件， 顆粒增強(qiáng)鋁基復(fù)合材料廣泛用于航空、 航天 及汽車、電子領(lǐng)域。金屬基納米復(fù)合材料用顆粒、晶須、纖維增強(qiáng)金屬基體，具有原 組分不具有的特殊性能或功能， 為設(shè)計(jì)和制備高性能的功能材料提供 了新的機(jī)遇。 所以， 金屬基納米復(fù)合材料已成為納米材料工程的重要 分支，世界上各發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)把納米復(fù)

7、合材料的研究放在重要地位。 近年來，因金屬基納米復(fù)合材料具備金屬和非金屬材料的優(yōu)良特性， 其已經(jīng)成為納米復(fù)合材料的一個(gè)研究熱點(diǎn)。四 納米銀的制備及其表征納米銀材料具有很穩(wěn)定的物理和化學(xué)性能 ,在電子、 光學(xué)、 抗 菌和催化等方面具有十分優(yōu)異的性能,可廣泛應(yīng)由于催化劑材料、電池電極材料、低溫導(dǎo)熱材料、 導(dǎo)電漿料、 抗菌材料、 醫(yī)用材料、 具有廣闊的應(yīng)用前景， 其制備分為物理法和化學(xué)法。 化學(xué)法有微乳法、 電鍍法、 氧化還原法和電化學(xué)還原法等。化學(xué)法制備的銀粒子最小 可達(dá)幾納米 ,操作簡(jiǎn)單 ,容易控制。缺點(diǎn)是得到的銀粒子不易轉(zhuǎn)移和 組裝 ,容易包含雜子 ,而且易發(fā)生聚集。目前 ,有人通過微波、 超

8、聲 波輔助還原法、 激光輻射法、 電化學(xué)沉積法和水熱法等成功合成出 銀納米線 ,其中水熱法與其它合成法相比 , 因其制備方法簡(jiǎn)單、 條 件溫和、 組成可控等優(yōu)點(diǎn) , 為人們廣泛采用。本工作采用簡(jiǎn)單水熱方法 , 在表面活性劑和沒有晶種存在的情 況下 ,以硝酸銀為前驅(qū)物（在這里鑒于硝酸銀與其他銀前軀體相比， 其具有較高的含銀量， 其含銀量在 60%以上，所以采用硝酸銀作為銀 的前驅(qū)物），水合肼為還原劑 ,成功制備出金屬銀納米顆粒。五 銀納米顆粒 XRD表征30405060708090 10020/(°)1樣品的XRD圖譜的 XRD 圖譜如圖 1所示，圖 1中的(111),(200),(2

9、20),(311)和(222)峰的出現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)晶態(tài)銀卡片(JCPDS,No.4- 783)上的峰一致，表明制備的樣品為銀的面心立方晶體結(jié)構(gòu)。衍射圖譜中未見其它雜質(zhì)物相衍射峰的存在，故所制產(chǎn)物為純凈的單質(zhì)銀。樣品的晶粒尺寸可根據(jù)Scherrer公式d=0.89入/(Bcos 0 )估算(Cu靶K a輻射，X射線波長(zhǎng) 入=1.540 56 A !), d為粒徑,0為 衍射角，B為主峰半峰寬所對(duì)應(yīng)的弧度值，以(111)晶面衍射峰為基準(zhǔn) 計(jì)算其粒徑尺寸為59nm,并且由Scherrer公式計(jì)算地我們所制備納 米顆粒平均粒徑為92.761 nm六銀納米顆粒的應(yīng)用納米銀是一種新興的功能材料，廣泛應(yīng)用于超導(dǎo)、

10、 化工、光學(xué)、電 子、 電器等行業(yè) ,具有廣闊的應(yīng)用前景。1 在化學(xué)反應(yīng)中的應(yīng)用 納米銀可以用作多種反應(yīng)的催化劑。2 在生物材料方面的應(yīng)用用納米銀 - 金顆粒與聚乙烯醇縮丁醛作復(fù)合酶膜基質(zhì)固定葡萄糖氧化酶 ( G OD) ,構(gòu)建葡萄糖生物傳感器。 實(shí)驗(yàn)證明 ,納米銀顆粒的介入可以大幅度的提高氧化酶的催化活性,顯著提高 G OD 酶電極的響應(yīng)靈敏度 ,使響應(yīng)電流從相應(yīng)濃度的幾士納安增強(qiáng)到幾萬(wàn)納安。3 在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用納米銀可用于表面增強(qiáng)拉曼光譜 (SERS)的基質(zhì)，實(shí)驗(yàn)證明SERS譜 的獲得與吸附分子的電性及納米銀的表面電性有關(guān)。根據(jù)分子的電 性 ,選取不同電性的納米銀 ,可以獲得較強(qiáng)的 SERS 譜 ,進(jìn)而擴(kuò)大 SERS 的研究范圍。同時(shí) ,納米銀粒子由于其表面等離子振蕩吸收峰 附近具有超快的非線性光學(xué)響應(yīng),科學(xué)家發(fā)現(xiàn)把納米銀摻雜在半導(dǎo)體或絕緣體中 ,可以獲得較大的非線性極化率 ,利用這一特性可以制 作光電器件 ,如光開關(guān)、 高級(jí)光學(xué)器件的顏色過濾器等。4 在超導(dǎo)方面的應(yīng)用據(jù)報(bào)道，用70 nm的銀粉制成的輕燒結(jié)體做熱交換材料，可以使 制冷機(jī)工作溫度達(dá)到 0.010.003 K,效率較傳統(tǒng)材料