CN101065205A - 制备高纯度银粒子的方法 - Google Patents

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Abstract

一种在不需要加入表面活性剂或还原剂，或者只需要少量表面活性剂还原剂下合成高纯度银粒子和银胶体的方法。该构成方法包括以下步骤：(i)草酸银合成步骤；(ii)将草酸银分散到合适载体的步骤；和(iii)在至少100℃的温度，加热分散在所述载体中的草酸银的步骤。依据反应条件、载体和表面活性剂的类型可以合成各种形态因子和尺寸的银粒子和银胶体。

Description

制备高纯度银粒子的方法
本申请要求享有于2004年10月14日提交的标题为“制备细小银粒子的方法”的美国临时申请第No.60/618,876的权益，该临时申请的内容参考结合于本文。
技术领域
本发明涉及一种形成银粒子的方法，该方法包括将草酸银分散到合适载体上，然后在高于或等于100℃温度下来加热分解草酸银。
背景技术
已经开发了许多种合成银粒子的方法，这些方法包括但不限于：化学还原、光化学、声化学和气体蒸发的方法。这些方法中，化学还原法由于生产的简便性而被广泛使用。但是，采用化学还原法制备的银粉末可能被反应过程中所使用的还原剂、表面活性剂和杂质离子污染，它们可能是要求高电导率的电子器件领域或者要求高纯度的抗菌领域的限制因素。
为了解决这些问题，需要一种能够在不需要表面活性剂和还原剂，或者只需要少量表面活性剂的条件下制备高纯度银粉末和银胶体的方法。
发明内容
本发明的目的是在不需要表面活性剂和还原剂，或者只需要最少量表面活性剂条件下合成高纯度银粒子和银胶体的方法。本发明中，通过将草酸银分散到合适载体，然后在高于或等于100℃的温度热分解草酸银，来合成高纯度银粒子和银胶体，而达到本发明的目的。
通过本发明方法合成高纯度银粒子和银胶体的过程包括以下步骤：(i)草酸银合成步骤；(ii)将草酸银分散到合适载体，例如水、醇等，包括一种以上的载体的组合的步骤；和(iii)在高于或等于100℃的温度，大于大气压力下，加热分散在所述载体中的草酸银的步骤。
由下面结合附图对优选实施方式和所附权利要求的详细描述能更好地理解本发明的这些特征和其它特征、目的和优点。
附图简述
图1所示是在实施例1所述的条件下获得的银粒子的显微照片。
图2所示是在实施例2所述的条件下获得的银粒子的显微照片。
图3所示是在实施例3所述的条件下获得的银粒子的显微照片。
图4所示是在实施例4所述的条件下获得的银粒子的显微照片。
图5所示是在实施例5所述的条件下获得的银粒子的显微照片。
图6所示是在实施例6所述的条件下获得的银粒子的显微照片。
实施本发明的最佳方式
下面，参见图1-6，描述本发明的优选实施方式。
本发明中，制备银粒子和银胶体包括以下三个步骤：(i)合成草酸银(Ag2C2O4)的步骤；(ii)将草酸银到合适载体，例如水、醇等，包括一种以上的载体组合的步骤；和(iii)在高于或等于100℃的温度，大于大气压力下，加热分散在所述载体中的草酸银，通过草酸银分解形成银粒子或银胶体的步骤。
将水溶性银化合物的第一溶液与草酸盐化合物的第二溶液混合在一起，沉淀草酸银。该银化合物可以是AgNO3。草酸盐化合物可以是草酸钠或草酸。但是，本发明不限于这些特定的化合物，而可以包括任何两种在混合时可以形成草酸银的溶液。进行水清洗，优选水清洗两遍或多遍，从沉淀的草酸银除去杂质离子后，将该草酸银用作合成银粉末或银胶体的原料。
将合成的草酸银分散到合适载体中。草酸银几乎不溶于该载体，但可以采用超声波以固体粒子分散。合适的载体包括能分散草酸银以有效传递热量的任何类型的载体。选择的载体具有类似于表面活性剂的性能，以防止在草酸银热分解时形成的银粒子聚集。例如，由烷基和羟基组成的醇。通常，烷基具有疏水性，而羟基具有亲水性。具有疏水性和亲水性的有机物质能发挥表面活性剂的作用。但是，具有高碳数的有机物质会主要是疏水性，因此在本发明的方法中会失去作为表面活性剂的能力。通常，高碳原子数的有机物质具有优良的表面活性剂的性能。但是，在本发明中，观察到高碳原子数的有机物质使银粒子聚集。此外，高碳原子数的有机物质不能与水很好混合。因此，本发明限于低碳原子数的醇，甲醇、乙醇和丙醇。在实施本发明时，水也很有效。因此，合适载体包括乙醇、丙醇、水或者一种以上这些载体的组合。
为实施本发明而选择的载体都是低沸点的：水(100℃)，甲醇(64.65℃)，乙醇(78.3℃)和丙醇(82℃)。因此，当在一个容器内，在高于或等于100℃下加热分散有草酸银的载体时，压力始终高于大气压。当使用水作为载体时典型的反应压力约为1.86×105N/m2，当使用乙醇作为载体时约为5.31×105N/m2。在草酸银热分解期间，按照式Ag2C2O4＝2Ag+2CO2，草酸银(Ag2C2O4)分解成银(Ag)和二氧化碳(CO2)。需要时，可以对在草酸银热分解期间放出的二氧化碳气体和载体蒸气抽真空，但小于约6.89×104N/m2的压降不会影响银粒子的质量。
将分散在载体中的草酸银放入一个封闭的反应器中，加热分散的草酸银和载体至至少100℃，合成银粉末或各种形态因子的胶体。这种方法可任选使用表面活性剂，以防止银粒子的凝结或聚集。在用以制备草酸银的水溶性银溶液或草酸盐溶液中加入表面活性剂，或者在混合两种溶液制备了草酸银之后加入表面活性剂。这种方法使用的表面活性剂可包括阴离子型表面活性剂、阳离子型表面活性剂、两性表面活性剂、非离子表面活性剂、含氟化合物表面活性剂和可聚合的表面活性剂，或者它们的组合，加入这些表面活性剂有助于形成银粒子和碎银屑或防止银屑聚结。适用于本发明的表面活性剂包括PVP(聚乙烯基吡咯烷酮)和明胶。
采用本发明方法制备银粒子或银胶体时与表面活性剂的添加量无关，但是，要求将表面活性剂量限定在小于银重量的80％。例如，如果在反应器中放入10克银，表面活性剂如PVP或明胶的重量应小于8克。
实施例1
将2.8克草酸银放入300cc蒸馏水中后，进行10分钟的超声处理，以分散该粒子。分散的草酸银在130℃反应15分钟，获得含图1所示的银粒子的溶液。
实施例2
将28克草酸银放入1000cc乙醇中后，进行10分钟的超声处理，以分散该粒子。分散的草酸银在134℃反应15分钟，获得含图2所示的银粒子的溶液。
实施例3
将70毫克草酸银放入1000cc乙醇中后，进行10分钟的超声处理，以分散该粒子。分散的草酸银在135℃反应25分钟，获得含图3所示的纳米级银粒子的溶液。
实施例4
将4.2克草酸银放入水(50体积％)和乙醇(50体积％)的混合溶液中后，该溶液在130℃反应15分钟，合成图4所示的0.5微米的银粒子。
实施例5
将30重量％PVP(聚乙烯基吡咯烷基酮)放入在1升水中的4.2克草酸银中，进行超声处理以分散粒子。分散的粒子在135℃反应20分钟，合成图5所示的0.5微米的银粒子。
实施例6
将10克明胶放入在1升水中的28克草酸银中，进行超声处理以分散粒子。分散的粒子在135℃反应15分钟，合成图6所示的小于或等于50纳米的银粒子。
工业应用
由于银粒子固有的高电导率和抗菌性，银粒子被广泛用于电子工业以及其它要求抗菌的工业。参照一些优选和可选择的实施方式描述了本发明，这些实施方式仅用来示例，不构成对由所附权利要求书提出的本发明的范围的限制。

Claims (19)

1.一种制备银粒子的方法，该方法包括以下步骤：
(a)将固体草酸银粒子分散在一载体中；和
(b)在大于大气压的压力下加热所述分散的草酸银至至少100℃，将所述草酸银分解为银粒子。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括在步骤(a)之前制备所述草酸银的步骤，即将银化合物的第一溶液与草酸盐化合物的第二溶液混合，形成草酸银。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，该方法还包括在(b)的加热步骤之前，在所述分散的草酸银中加入表面活性剂的步骤。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂选自：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、非离子表面活性剂、含氟化合物的表面活性剂、可聚合的表面活性剂，以及它们的任意组合。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括在所述混合步骤之前在所述第一溶液中加入表面活性剂的步骤。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂选自：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、非离子表面活性剂、含氟化合物的表面活性剂、可聚合的表面活性剂，以及它们的任意组合。
7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括在所述混合步骤之前在所述第二溶液中加入表面活性剂的步骤。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂选自：阴离子表面活性剂、阳离子表面活性剂、两性表面活性剂、非离子表面活性剂、含氟化合物的表面活性剂、可聚合的表面活性剂，以及它们的任意组合。
9.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，分散步骤(a)包括将草酸银加入所述载体，并对草酸银和载体的混合物进行超声处理。
10.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述载体选自：水、甲醇、乙醇、丙醇，以及它们的任意混合物。
11.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述银化合物是AgNO3。
12.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述草酸盐化合物选自：草酸钠和草酸。
13.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括在制备草酸银后用水清洗草酸银，以除去杂质的步骤。
14.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂选自PVP(聚乙烯基吡咯烷酮)或明胶。
15.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂选自PVP(聚乙烯基吡咯烷酮)或明胶。
16.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述表面活性剂选自PVP(聚乙烯基吡咯烷酮)或明胶。
17.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中所述表面活性剂量不大于银的80重量％。
18.如权利要求5所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中所述表面活性剂量不大于银的80重量％。
19.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在步骤(b)中所述表面活性剂量不大于银的80重量％。
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