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高溫高壓的水

2、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制溫度的分布。由于內(nèi)部要裝酸、堿性

3、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Na2O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 acmg 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、晶形好且可控制,生產(chǎn)成本低c） 密閉的容器中進(jìn)行，無法

4、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)用于制作催化劑、 精細(xì)陶瓷、復(fù)合材料、 磁性材料、 熒光材料、 敏

5、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

6、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)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

7、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?；瘜W(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

8、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表征趙率實(shí)無30405060708020/(0)90 1001樣品的XRD 樣品的 XRD 圖譜如圖 1所示，圖 1中的(111),(200) ,(220),(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

9、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%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92.761nm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)、 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

10、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)