CN102770368B - 利用颗粒型电极的金属纳米粒子制备装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用颗粒型电极的金属纳米粒子制备装置及其方法，把金属颗粒填充于具有既定间隔的一对电极外壳中，借助于交流电解，能够连续地廉价地大量生产均一形状和均一大小的金属纳米粒子。本发明的特征在于，包括：反应容器，供电解溶液容纳；第1及第2电极，在设置间隔地安装于各个所述反应容器内部的第1及第2电极外壳中，填充由金属构成的多个颗粒或碎屑形成;以及电源供应装置，用于为进行电解反应而向所述第1及第2电极之间接入交流电源；而且，所述第1及第2电极外壳至少在相向的面上具备多个孔或缝，以便使随着电解反应而溶出的金属离子排出。

Description

利用颗粒型电极的金属纳米粒子制备装置及其方法
技术领域
本发明涉及利用电解法的金属纳米粒子制备装置及其方法，尤其涉及一种利用交流电压，作为电极的材料，把由与要获得的金属纳米粒子相同的金属构成的颗粒填充于具有既定间隔的一对电极外壳中，借助于电解，能够以低廉的价格，连续地大量制备均一形状和均一的纳米大小的金属纳米粒子的利用颗粒型电极的金属纳米粒子制备装置及其方法。。
背景技术
一般而言，作为用于获得微细金属粉末的方法，使用共沉淀法、喷雾法、溶胶-凝胶法、电解法、反相微乳液法等化学方法和利用球磨机(ball mill)、捣碎机(stamp mill)的粉碎法等机械方法。
例如，就用于制备银粉末的化学方法而言，主要使用的方法是，经利用碱溶液使硝酸银水溶液中和的中和反应，在生成的氧化银或氢氧化银的沉淀物中，使用联氨或过氧化氢、***等还原剂进行还原的方法，或在借助所述中和反应而生成的氢氧化银的沉淀中混入氢、一氧化碳等还原力强的气体进行还原的方法，或在碱性氨络合物水溶液中添加***、草酸等还原剂进行还原，从而析出银粉末的方法。
但是，就这种以往的制备方法而言，作为起始物质，使用金属盐作为电解质，因而不够环保，为去除有害物，要求大量费用和时间，而且存在粒子大小不易控制的问题。
另外，以往由于使用了为阻止因金属粒子絮凝造成的粒子增长而使用的界面活性剂及添加剂或有害物，因而存在不够环保的缺点。
就以往的普通的电解法而言，使用要合成的金属材料的电极和金属盐，即硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐等作为电解质，利用电解，使之在电极表面实现金属化，获得粒子。
当然，在电解法中，作为用于获得金属粉末的电解质，之所以使用有害金属盐，是因为金属不溶于水，如果把与强酸盐结合的金属溶于水，则容易解离成离子，利用还原剂等能够实现粒子化。
在这种情况下，作为副产物而产生有害物，在提高温度时，产生有害气体，不够环保，粒子的大小也不够均匀。
而且，象以往一样，在使用了诸如硝酸盐、碳酸盐、硫酸盐等的金属盐的电解法中，起始物质本身不够环保，在中和及清洗过程中，不仅发生废水处理问题，而且存在需要经过清洗过程的麻烦，在清洗过程中，使金属粉末大量流失。
在韩国公开专利第10-2004-105914号中，提出了一种利用电解法的金属纳米粒子制备方法，考虑到在使用上述以往金属盐的电解法中，起始物质本身不够环保，发生废水处理问题等，只使用电极和少量的添加剂、去离子水(DI-water)，同时施加外部的力，诱导金属粒子的形成及分散，从而能够环保地制备金属的纳米粒子。
下面参照图1，进一步详细说明所述韩国公开专利第10-2004-105914号揭示的利用以往电解法的金属纳米粒子制备方法。
如图1所示，在以往的金属纳米粒子制备中，在容器(1)的内部，投入去离子水与作为添加剂而混合了环保性金属离子还原剂或有机物金属离子还原剂的溶液(2)，在所述溶液(2)内，使两个电极棒(3)隔离配置。另外，在所述溶液(2)中，把产生超声波的超声波发生装置(4)和搅拌溶液(2)的搅拌器(5)分别配置于所述容器的上下，在这种构成状态下，把直流(DC)电流接入2个电极棒(3)。
但是，所述以往的制备方法利用了直流电解法，阳极电极棒与阴极电极棒全部由与要获得的金属粒子相同的成份构成，借助于电位差，发生在电极上生成金属结晶的现象。
另外，当利用所述以往的制备方法制备金属纳米粒子，例如，制备银纳米粒子时，接入直流电流(DC)，在阳极(Anode)生成的金属阳离子向阴极移动，在阴极(Cathode)周围生长，生成纳米级以上的微米级的银粒子结晶(Crystalline)，发生结块的现象，而且，金属粒子生成不够均匀，存在形成不均匀粒子的问题。
另外，根据所述以往的制备方法，在接入直流电流，实施电解的情况下，在阳极处，由于Ag+离子生成时产生的热，与作为Ag+离子的配对离子的OH-离子结合，具有发生氧化现象的问题，在未氧化的Ag+离子被还原剂还原之前，在电场作用下向阴极移动，与阴极提供的电子相遇，在阴极表面重新还原为银，银粒子因而逐渐生长，生长的银粒子直至生长至微米级，从而引起消耗了将生成纳米粒子的Ag+离子的结果。
因此，即使Ag+离子被还原剂还原，被分散剂封端，生成需要的银纳米粒子，其量与氧化的Ag2O生成量和生长的银粒子相比，只有极少的量存在于反应溶液中，不适合作为高效率的大量生产方法。
另一方面，在所述以往的利用直流电解方法的金属纳米粒子制备方法中，作为能够解决不适合作为大量生产方法问题的技术，在韩国注册专利第10-0820038号中提出了在电解时使用交流电压取代直流电压，制备金属纳米粒子的技术。
所述注册专利的铜纳米粒子制备方法包括：溶解步骤，将作为能够使联氨或铜离子还原的物质的金属离子还原剂和柠檬酸三钠或能在铜电极表面使铜实现离子化的物质的金属离子发生剂投入水中溶解；离子化步骤，在所述溶液内隔离配置铜电极，所述电极由与要获得的金属粒子相同的成份构成，借助于因接入电极的交流电压而产生的电能和所述金属离子发生剂，在所述溶液内实现离子化；析出步骤，在所述溶液内，铜离子被所述还原剂还原，析出铜粒子。
但是，根据所述注册专利，虽然能够获得纯铜纳米粒子，但由于使用110V~220V的常用交流电压(正弦波的50~60Hz)，因而电解效率非常低。其理由是交流电流的两电极的极性以既定周期互换，在普通常用交流电压下，电极的极性每秒变换50~60次，所以，在一侧的金属电极处生成的金属离子虽然被还原，但在还原之前，重新返回另一侧的金属电极，具有生产率大为降低的问题。
因此，铜粒子的平均粒度和分布不均匀，由于基于电极的极性变化的结晶化，存在大量生产效率下降的问题。
另一方面，以往技术的铜纳米粒子制备用金属电极如图2所示，使用由板状的柱状电极构成的电极。在电解槽内隔离配置的一对铜电极在反应前配置板状的柱状电极，随着电解反应的进行，电极被逐渐消耗，在反应既定时间后，柱状电极的端部变形成尖细形状。
如果两电极间的间隔随着柱状电极形状变化而变化，则发生电位差变化，电流的通电量减少，由于发热，发生生成的金属纳米粒子尺寸增加的问题。
因此，为保持既定间隔，每隔既定周期，应截断变形部分重新安装或更换为新电极，因而电极的使用不够有效、高效，电极寿命不够长。而且，在批量生产过程中，这种电极的重新安装工序和更换工序需定期地手工操作进行，因而存在生产率低下的问题。
发明内容
要解决的问题
因此，本发明的目的在于提供一种利用颗粒型电极的金属纳米粒子制备装置及其方法，在按既定间隔安装于电解槽内的一对电极外壳内部，填充由与要获得的金属纳米粒子相同的金属材料构成的颗粒或碎屑，构成电极，从而即使进行电解，电极间的距离也不变，能够获得均匀大小的金属纳米粒子。
本发明的另一目的在于提供一种金属纳米粒子制备装置，在电解过程中，随着金属颗粒或碎屑的消耗，连续地填充金属颗粒或碎屑，从而无需因更换电极而中断生产，能够简便地连续制备大量的金属纳米粒子。
本发明的又一目的在于提供一种金属纳米粒子制备装置，在金属离子形成结晶之前，利用还原剂还原成金属纳米粒子，在尚未还原的金属离子生长成纳米结晶之前，使极性发生变化，从而，在交流电源中选择最佳频率，接入电极，以便实现金属纳米粒子的大量生产，能够高效制备大量的金属纳米粒子。
本发明的再一目的在于提供一种金属纳米粒子制备装置及其方法，能够在利用交流电解方法的同时，环保地制备金属纳米粒子。
技术方案
为达成如上目的，根据本发明的一种形态，本发明提供一种金属纳米粒子的制备装置，其特征在于，包括：反应容器，供电解溶液容纳；第1及第2电极，在设置间隔地安装于各个所述反应容器内部的第1及第2电极外壳中，填充由与要获得的金属纳米粒子相同的金属构成的多个颗粒或碎屑形成;以及电源供应装置，用于为进行电解反应而向所述第1及第2电极之间接入交流电源；而且，所述第1及第2电极外壳至少在相向的面上具备多个孔或缝，以便使随着电解反应而从所述第1及第2电极溶出的金属离子排出。
根据本发明的另一种形态，本发明提供一种金属纳米粒子的制备装置，其特征在于，包括：反应容器，供电解溶液容纳；第1电极，在安装于所述反应容器内部的电极外壳中，填充由与要获得的金属纳米粒子相同的金属构成的多个颗粒或碎屑形成；第2电极，与所述第1电极设定间隔，安装于所述反应容器的内部；以及电源供应装置，用于为进行电解反应而向所述第1及第2电极之间接入交流电源；而且，所述电极外壳具备多个孔或缝，以便使随着电解反应而从所述第1电极溶出的金属离子排出。
本发明的金属纳米粒子的制备装置还可以包括支撑座，以绝缘状态相互间隔既定距离，对所述第1电极外壳和第2电极外壳进行支撑。
另外，所述支撑座在两侧面上还可以包括：第1及第2电源线，从电源供应装置供应接入所述第1及第2电极之间的交流电源；第1及第2电极端子，用于相互连接第1及第2电极外壳内部填充的颗粒或碎屑。
所述第1及第2电极外壳可以分别是截面形状为矩形或多边形的桶。
另外，所述第1及第2电极外壳由第1及第2侧板构成，各个相向的侧面具有由锯齿状构成的多个凸起，在所述凸起的两侧面形成多个孔或缝，所述第1及第2侧板分别由以Ti构成的网构成。
而且，所述第1及第2电极外壳可以分别为直径互不相同、以同心状配置的圆形双层桶结构。此时，所述制备装置还可以包括搅拌器，其旋转轴贯通第2电极外壳的中央进行延长，被支撑于支撑座的轴承能旋转地支承，在旋转轴的前端部配置有叶轮。
所述制备装置还可以包括导电板，***第1及第2电极外壳的内部空间，与所述颗粒或碎屑实现相互接触。
所述颗粒或碎屑由在Ag、Pt、Au、Mg、Al、Zn、Fe、Cu、Ni及Pd构成的组中选择的任意1种或2种以上的合金构成，所述颗粒或碎屑的大小设定为0.05至10cm范围，优选设定为0.5至5mm范围。
所述第1及第2电极外壳可以是在由高分子聚合物、陶瓷、玻璃及钛(Ti)构成的组中选择的任意1种。
优选所述电极外壳在内部具有十字形的容纳空间，在下侧面具备多个孔或缝，所述第2电极与所述电极外壳的侧面相向地配置，由板状构成。
另外，优选所述电极外壳在内部具有十字形的容纳空间，在侧面具备多个孔或缝，所述第2电极把所述电极外壳容纳于内部，由圆桶或圆桶形网构成。
优选所述电极外壳被旋转驱动，保持第1及第2电极之间的既定距离，所述第2电极由Ti构成。
根据本发明又一种形态，本发明提供一种金属纳米粒子的制备方法，其特征在于包括：电解溶液准备步骤，在反应容器内，使电解质及分散剂溶解于纯水，准备电解溶液；第1及第2电极形成步骤，在相向地配置于所述反应容器内部且在相向面上具备多个孔或缝的第1及第2电极外壳中，填充由与要获得的金属纳米粒子相同的金属构成的多个颗粒或碎屑，形成第1及第2电极；金属离子产生步骤，在所述第1及第2电极之间接入交流电源并进行电解，从而使金属颗粒或碎屑在所述电解溶液中离子化，产生金属离子；以及金属纳米粒子形成步骤，利用还原剂使所述金属离子还原，形成金属纳米粒子。
根据本发明的再一种形态，本发明提供一种金属纳米粒子的制备方法，其特征在于包括：电解溶液准备步骤，在反应容器内，使电解质及分散剂溶解于纯水，准备电解溶液；第1和第2电极安装步骤，把在电极外壳中填充由与要获得的金属纳米粒子相同的金属构成的多个颗粒或碎屑形成的第1电极和以板状或圆桶状构成的至少与所述第1电极的一面相向的第2电极安装于所述反应容器的内部；金属离子产生步骤，向所述第1及第2电极之间接入交流电源并进行电解，从而使金属颗粒或碎屑在所述电解溶液内实现离子化，产生金属离子；以及金属纳米粒子形成步骤，利用还原剂使所述金属离子还原，形成金属纳米粒子。
所述还原剂对应于随着电解的进行而生成的金属离子的浓度投入电解溶液内，使还原剂的浓度保持既定水平，这能够谋求高收率，以及所得纳米粒子的均匀粒度分布。
另外，所述交流电源的频率(f)设定为0<f<10Hz范围，这在收率和粒度分布方面优选。
而且，在本发明中，优选还包括一个步骤，周期性地检测所述第1及第2电极外壳中填充的颗粒或碎屑的消耗量，填充新的颗粒或碎屑。
技术效果
综上所述，在本发明中，在电解槽内以既定间隔安装的一对电极外壳中，填充由与要获得的金属纳米粒子相同的材料构成的颗粒或碎屑，构成电极，从而即使进行电解，电极间的距离也不变化，能够获得均匀大小的金属纳米粒子。
另外，在本发明中，在电解过程中，随着金属颗粒或碎屑的消耗，连续填充金属颗粒或碎屑，从而不存在因更换电极造成生产中断，能够简便地连续制备大量的金属纳米粒子。
而且，在本发明中，在交流电源中选择最佳频率，接入电极，以便在金属离子形成为结晶之前，利用还原剂使之原来成金属纳米粒子，在尚未还原的金属离子生长成纳米结晶之前变换极性，从而能够实现金属纳米粒子的大量生产，能够高效制备大量的金属纳米粒子。
另外，在本发明中，能够在利用交流电解方法的同时，环保地制备金属纳米粒子。
附图说明
图1是显示以往金属纳米粒子制备装置的简要构成图，
图2是显示以往金属纳米粒子制备装置中使用的电极的使用前与使用后状态的照片，
图3是本发明第1实施例的金属纳米粒子制备装置的概要图，
图4是显示图3所示装置使用的颗粒型电极的立体图，
图5是图4所示颗粒型电极的垂直方向剖面图，
图6是显示本发明第2实施例的金属纳米粒子制备装置用颗粒型电极的立体图，
图7是显示第1及第2实施例使用的颗粒型电极的变形例的俯视图，
图8及图9是本发明第3实施例的金属纳米粒子制备装置的简要剖面图及仰视图，
图10及图11分别是本发明的第4及第5实施例的金属纳米粒子制备装置的简要立体图，
图12是本发明第6实施例的金属纳米粒子制备装置的简要立体图，
图13及图14分别是显示第6实施例的金属纳米粒子制备装置的颗粒型电极的剖面图。
具体实施方式
下面参照附图，详细说明本发明优选实施例的金属纳米粒子制备装置及其方法。
图3是本发明第1实施例的金属纳米粒子制备装置的概要图，图4是显示图3所示装置使用的颗粒型电极的立体图，图5是图4所示颗粒型电极的垂直方向剖面图。
如图3至图5所示，本发明第1实施例的金属纳米粒子制备装置是在反应容器(10)内部填充在纯水中混合了添加剂的电解溶液(11)，在所述电解溶液(11)内，加入多个金属粒子，例如加入由银构成的颗粒(granule)或碎屑(flake)(30a,40a)的第1电极(30)与第2电极(40)借助于支撑座(15)，具有相互隔离地相向配置的结构。
在第1电极(30)和第2电极(40)的下部，分别有选择地配置用于搅拌电解溶液(11)的搅拌器(20)，在所述反应容器(10)的下侧，为间接加热电解溶液(11)而配置有加热装置(25)。在反应容器(10)的上部，连接有用于向第1电极(30)和第2电极(40)接入交流(AC)电源的电源供应装置(50)。
所述搅拌器(20)例如可以采用以下结构，即，借助配置于反应容器(10)外部的驱动装置(图中未示出)，使配置于反应容器(10)内部的磁铁块旋转。
在第1实施例中，作为要获得的金属纳米粒子，例如，为获得银纳米粒子，作为第1电极(30)和第2电极(40)，使用多个银(Ag)颗粒或碎屑(30a,40a)。
但是，本发明除使用银颗粒或碎屑(30a,40a)制备银纳米粒子之外，还可以制备其他种类的金属纳米粒子。即，就本发明而言，作为第1电极(30)和第2电极(40)，除颗粒或碎屑形态的银(Ag)之外，诸如铜(Cu)、镍(Ni)、金(Au)、钯(Pd)、铂(Pt)，只要是能够溶出金属离子的材料，均可使用。
此时，所述第1电极(30)和第2电极(40)虽然是以把多个颗粒或碎屑(在以下说明中简称“颗粒”)(30a,40a)填充于分别构成矩形形状的第1及第2电极外壳(32,42)的情形为例，但除此之外，电极外壳的形状只要是能在其内部容纳颗粒，在第1电极(30)与第2电极(40)之间，与电解溶液(11)的接触面积大者，那么，第1及第2电极外壳(32,42)的形状无特别限制。
用于所述第2电极(40)和第1电极(30)的颗粒(30a,40a)可以全部使用与要制备的金属纳米粒子(或颗粒)相同的材料，就颗粒(30a,40a)的大小而言，如果第1及第2电极外壳(32,42)是具有多个缝、孔或网的结构，则优选0.05至10cm，更优选0.5至5mm。
另外，分别填充了用作第1电极(30)和第2电极(40)的颗粒(30a,40a)的第1及第2电极外壳(32,42)借助于支撑座(15)而保持既定间隔。即，支撑座(15)形成有与第1及第2电极外壳(32,42)的截面形状对应的一对矩形贯通孔，当使第1及第2电极外壳(32,42)结合于支撑座(15)的贯通孔时，支撑座(15)在以绝缘状态支撑各电极外壳(32,42)上侧的同时，保持既定间隔。第1及第2电极外壳(32,42)的其余部分露出于支撑座(15)的下侧，具有既定间隔，相互相向。
另一方面，在第1及第2电极外壳(32,42)的相向面和侧面，分别形成有多个缝或孔(以下简称“缝”)(33,43)，所述缝(33,43)只要是在能够使电解溶液(11)容纳于第1及第2电极外壳(32,42)内部的同时，能够供电解的金属纳米粒子溶出的大小和结构，任何形态均可。
随着电解反应的进行，如果颗粒(30a,40a)被消耗，则可以连续地向第1及第2电极外壳(32,42)内部填充，因此不需要更换电极，在第1及第2电极外壳(32,42)外部面上，缝(33,43)采用颗粒(30a,40a)无法泄漏的结构，可以越向电极外壳(32,42)外部越向上倾斜地形成。其中，缝(33,43)的宽度设定得小于颗粒(30a,40a)的大小，优选0.1-1mm。
其中，用作第1及第2电极外壳(32,42)的物质可以使用对电解溶液(11)的不溶性材料，优选使用绝缘性材料，例如浇铸尼龙(MC nylon)、尼龙、聚酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯的聚合物系(polymer family)，碳(carbon)、陶瓷或玻璃，例如派瑞克斯(Pyrex)玻璃，或使用具有电解溶液(11)不溶性且导电的钛(Ti)。
但是，所述第1及第2电极外壳(32,42)只要是在相向面或侧面上具有金属（例如银）离子能够通过的多个缝、孔、格或网，任何形态或材料均可使用。
另外，所述第1及第2电极外壳(32,42)也可以是相互相向的相向面由钛(Ti)构成，另外形成具有多个缝、孔、格或网的侧板，用所述的聚合物系(polymer family)、陶瓷或玻璃制作其余部分，然后组装构成。
而且，只要是金属离子能够通过的材料或形态，也可以使用由对电解溶液不溶性材料构成的布或无纺布形成的袋子。当使用布或无纺布作为电极外壳时，第1电极(30)和第2电极(40)也可以取代颗粒，使用具有0.5μm至1cm粒径的粉末。
在支撑座(15)的两侧面上，例如，分别固定有螺栓状的第1及第2电极端子(34,44)，通过螺栓状第1及第2电极端子(34,44)，交流（AC）电压接入第1及第2电极外壳(32,42)内部的颗粒(30a,40a)。第1及第2电极端子(34,44)通过借助于端子保护用第1及第2接线片(35,45)连接的一对电源线(55)，连接于电源供应装置(50)，接入交流(AC)电压。此时，优选所述支撑座(15)、第1及第2电极端子(34,44)及一对电源线(55)露出于反应容器(10)的外部进行安装，以便不与电解液(11)接触。
在露出于外部的一对电源线(55)上，连接有用于从反应容器(10)的外部供应电解所需的交流(AC)电源的电源供应装置(50)。电源供应装置(50)例如可以包括：能够选择电解所需的交流电源波形和频率的函数发生器(function generator)；用于对函数发生器产生的交流电源的电流或电压进行放大的放大器，放大器的输出连接于第1电极(30)和第2电极(40)。
但是，本发明的电源供应装置(50)包括专用电源供应装置在内，任何种类的电源均可使用，其中，所述专用电源供应装置，是指在用于大量生产的生产线上，能够具有预先针对第1及第2电极(30,40)设定的波形和频率，预先设定所需大小的电流或电压，供应交流电源。另外，在本发明中，在电源装置中可以具备恒流源，以便能够在电解时，向第1及第2电极(30,40)之间供应设定的既定电流强度。
所述交流电源的波形例如可以应用正弦波(sine wave)、矩形波(square wave)、三角波(triangle wave)、锯齿波(sawtooth wave)等所有波形，交流电源的波形变化只会在生成的金属纳米粒子的收率(yield)和粒子形状方面存在少许差异。
另一方面，在本发明中，在利用电解方法的金属纳米粒子制备中，作为影响收率的因素，为考查频率的影响，使交流电源的频率从100Hz变化至0.1Hz，对与此同时获得的纳米粒子的收率和粒度分布及粒子是否生长进行了调查。
结果，就纳米粒子的收率而言，作为交流电源的频率(f)，频率(f)优选为0<f<10Hz，尤其优选0.1≤f≤5Hz。另外，当把收率和粒度分布及粒子生成全部考虑在内时，最优选的区间为0.1≤f≤1Hz。
如果供应电源的频率为0Hz，即当是直流(DC)时，在阳极发生金属离子氧化问题，未氧化的金属离子被还原剂还原之前，在电场作用下向阴极移动，与提供的电子相遇，在阴极表面被还原成金属，金属粒子生成至微米级大小，存在所需的金属纳米粒子收率下降的问题。
另外，当交流电源的频率(f)超过10Hz时，存在收率急剧减少的倾向，同时存在粒子稍有生长的问题。
当使交流电源的频率从100Hz变化至0.1Hz时，从100Hz至10Hz，频率越减小，金属纳米粒子的分布度和粒子大小也越减小，特别是当频率从10Hz减小至0.1Hz时，金属纳米粒子的分布度和粒子大小也进一步减小。
出现这种现象的理由在于，越是从低频率升高到高频率，两侧电极的极性越是渐渐地快速变更，生成的离子在参与还原反应之前，再次被吸引到变更为(-)极性的电极，发生镀金现象。即，这意味着，在(+)电极瞬间生成的金属离子在与还原剂反应，还原成金属纳米粒子之前，在从(+)电极变换为(-)电极的同时，金属离子返回。
相反，越是从高频率降低到低频率，生成的金属离子回到(-)电极的现象越显著减少，因此，表现出生成纳米粒子的收率增加的现象。
下面考查在本发明的利用了电解方法的金属纳米粒子制备中，用于生成具有高收率(yield)、均一形状和所需大小(不足100nm)的窄粒度分布(均一的粒子)的金属纳米粒子的条件。
一般而言，在利用电解方法的金属纳米粒子制备中，不是象化学方法一样，决定要获得的金属粒子的量，把符合初始反应条件的量的金属离子放入反应容器进行反应，而是连续地按照时间，在金属电极处生成金属离子，通过借助于还原剂使生成的离子还原的反应实现。结果，在这种反应过程中，由于电极的极性和纳米粒子的相互作用，生成的金属纳米粒子会表现出再次返回电极的特性。但是，这种现象成为了在收率方面，即，在批量生产性方面的最大问题。
在利用电解法的金属纳米粒子的制备方面，为解决这种批量生产性问题，需要根据因接入电能而生成的金属离子的浓度，适宜地保持用于使这种金属离子还原的还原剂的浓度。
此时，生成的金属离子量由接入两电极之间的交流电源的电流强度决定，该电流强度可以利用电解质的浓度和施加于电极的电压来调节。根据本发明人的研究结果，当考虑利用既定电流强度(电流值)生成的金属离子的浓度，把还原剂的浓度保持在既定水平时，发现金属纳米粒子的收率提高。
其理由在于，如果与还原剂浓度相比，生成了更多的金属离子，则还原剂的量相对不足，虽然金属离子还原的速度相对减小，但不会对收率产生大的问题。但是，当还原剂的量相对不足时，则出现粒子的大小变大的副作用。相反，如果还原剂的浓度比生成的金属离子浓度过大，则还原速度过快，生成数纳米以下的粒子，在利用分散剂进行封端(capping)之前，再次返回电极，因而收率急剧减少。
另一方面，电解质的种类及浓度直接与pH及电流强度相关。一般而言，电解质一般分为酸性电解质、碱性电解质及中性电解质，如果只使用酸性电解质，则由于pH小于7，例如，当作为还原剂，投入作为弱碱的联氨时，联氨与酸性电解质发生盐反应。因此，必须投入充分量的作为弱碱的联氨，才能调节还原反应速度，调节粒子的大小。
相反，如果只放入碱性电解质，则形成反应溶液的pH为7以上的环境，在反应溶液中，电子能够移动机会增加，用作还原剂的作为弱碱的联氨的反应速度增加，生成数纳米级的粒子，出现在受到分散剂保护之前返回电极的现象。
在本发明中，考虑到这一点，混合由酸性与碱性组成的电解质使用，pH设定为7至9。
另外，从反应溶液的pH与还原剂浓度的关系来看，当pH不足7时，作为还原剂的联氨的反应速度减小。其理由是，由于联氨为弱碱，与作为电解质的柠檬酸(citric acid)反应，直至pH变为中性，与还原反应相比，优先参与酸碱反应。这成为降低联氨还原能力的原因。因此，在酸碱反应进行后出现还原反应，参与与金属离子的还原反应的联氨量比实际添加于反应容器的联氨量小，导致还原反应延缓的结果，金属粒子的大小增大。即，还原剂的投入量不足优选的范围，在收率上虽然没有大问题，但粒子的大小出现增大至数百纳米以上的现象。
如果必须使用具有分散能力的分散剂，与在pH 7~9之间生成的金属离子的浓度成正比，使还原剂的浓度保持在既定水平，那么，还原反应速度保持得比较恒定，收率(即，批量生产性)大为增加。
本发明的利用电解法的金属纳米粒子制备方法可以利用所述的金属纳米粒子制备装置体现，包括：电解溶液(11)准备步骤，在反应容器(10)内，使分散剂及电解质溶解于超纯水(DI-water)，准备电解溶液(11)；第1及第2电极(30,40)配置步骤，在所述电解溶液(11)内，设定距离地配置由与要合成的纳米粒子相同的金属材料构成的第1及第2电极(30,40)；离子化步骤，根据电解方法，在所述第1电极(30)与第2电极(40)之间接入具有既定频率(f)的交流电源，使第1及第2电极(30,40)的金属在所述电解溶液内离子化；以及金属纳米粒子形成步骤，借助还原剂使所述金属离子还原，形成金属纳米粒子。
首先，在本发明中，电解溶液(11)在纯水中，尤其优选在超纯水中，作为添加剂，包含电解质、还原剂及分散剂。
优选所述电解溶液混合酸性电解质与碱性电解质使用，设定为pH 7至pH 9。此时，所述电解质可以混合柠檬酸(citric acid)和联氨(Hydrazine)使用。
所述电解质可以使用在由硝酸/甲酸(formic acid)/乙酸(acetic acid)/柠檬酸(citric acid)/酒石酸(tataric acid)/戊二酸(glutaric acid)/己酸(hexanoic acid)组成的酸、所述酸的碱金属盐/氨(NH3)/三乙胺(TEA:triethyl amine)以及吡啶(pyridine)的胺组成的组中选择的任意1种或2种以上。
特别是本发明中使用的电解质，作为环保性电解质，可以使用柠檬酸(citric acid)，根据需要，还可以使用甘氨酸(glycine)等氨基酸。
另外，作为还原剂，可以使用在由联氨(hydrazine:N2H4)、次磷酸钠(sodiumhypophosphite:NaH2PO2)、硼氢化钠(sodium borohydride:NaBH4)、二甲胺硼烷(DMAB:dimethylamine borane:(CH3)2NHBH3)）、甲醛(formaldehyde:HCHO)及抗坏血酸(ascorbicacid)组成的组中选择的任意1种或2种以上。
所述还原剂作为环保还原剂，例如，优选使用诸如联氨(Hydrazine)的有机物离子还原剂。这种有机物离子还原剂在反应中生成氮气和水而全部消耗，因而在反应结束后无害。
所述还原剂通过还原剂供应装置(图中未示出)，对应于随着接入交流电源而进行电解反应时生成的金属离子的浓度，投入电解溶液内，以便使还原剂的浓度达到既定水平。
如上所述，在本发明中，以纯水(DI-water)为基础，不使用对环境有害的电解质，使用环保型电解质和环保型有机物离子还原剂，从而能够通过环保的、简单的方法获得金属纳米粒子。
另一方面，所述分散剂发挥对金属纳米粒子的表面进行封端的作用，防止随着电解而从第1及第2电极(30,40)解离并实现离子化的金属离子在被还原剂还原后，还原的金属纳米粒子返回电极并附着于电极上，或因金属纳米粒子间的絮凝作用而沉淀的现象，可以使用水溶性高分子分散剂或水分散高分子分散剂。
所述水溶性高分子分散剂可以使用聚丙烯、聚氨酯或聚硅氧烷***的水系高分子分散剂，水分散高分子分散剂可以使用聚丙烯、聚氨酯或聚硅氧烷***的水性高分子分散剂。
作为所述分散剂，常用分散剂可以在由BYK Chemie公司的DisperbykTM-111、BykTM-154、DisperbykTM-180、DisperbykTM-182、DisperbykTM-190、DisperbykTM-192、DisperbykTM-193、DisperbykTM-2012、DisperbykTM-2015、DisperbykTM-2090、DisperbykTM-2091;Evonik公司的TegoTM715w、TegoTM735w、TegoTM740wTM、TegoTM745wTM、TegoTM750w、TegoTM755w、TegoTM775w；Lubrizol公司的SolsperseTM 20000、SolsperseTM 43000、SolsperseTM 44000；Ciba公司的EFKATM 4585;Dow公司的OrotanTM 731A、OrotanTM 1124；Aldrich公司的Tween 20、Tween 80；聚乙二醇(PEG:Polyethylene Glycol)200、聚乙烯吡咯烷酮(PVP:polyvinylpyrrolidone)10,000、PVP 55,000、泊洛沙姆(poloxamer)407及泊洛沙姆188组成的组中选择的任意1种或2种以上。
所述超纯水(DI-water)，是指几乎不存在自来水或矿泉水中存在的阴离子及阳离子的3次蒸馏水，这是因为在制备金属纳米粒子时，当进入除电解质和还原剂之外的阴离子及阳离子时，在所需的金属纳米粒子中会出现杂质，另外，可能会生成络合物，无法获得金属纳米粒子。
本发明的利用电解法的金属纳米粒子的制备如图3所示，在金属纳米粒子制备装置的反应容器(10)内，作为与要合成的银纳米粒子相同的金属材料，把分别由多个银颗粒(30a,40a)构成的第1电极(30)和第2电极(40)安装于支撑座(15)，使第1电极(30)与第2电极(40)间隔配置。
然后，在超纯水(DI-water)1L中，作为电解质投入柠檬酸(Citric acid)2.0mmol，作为电解质投入联氨6.0mmol，作为分散剂，放入BYK Chemie公司的DisperbykTM-1908.0g，分别放入反应容器后，利用搅拌器(20)进行搅拌，直至完全溶解。
对添加剂全部溶解的水溶液进行加热，使水溶液温度上升至90℃后，恒定地向反应容器内加入冷却水，在保持设定的温度的状态下，把频率为1Hz、由正弦波构成的交流电源接入第1及第2电极之间，同时，把电流值设置为4.3A，实施电解。另外，实施1小时30分钟的电解，同时，利用泵定速注入还原剂联氨18.0mmol，使之反应。
在电解反应后，测量银电极的消耗量，利用FE-SEM对反应水溶液中存在的银纳米粒子进行分析，结果可知，获得的银纳米粒子大部分以12nm至20nm大小的纳米粒子存在，可以确认表现了很窄的银粒子分布度。
如上所述，本发明第1实施例的利用电解法的金属纳米粒子的制备可以获得数十纳米级的小而均匀大小和均一形状的银纳米粒子。
另外，在本发明中，如果取代金属板或棒，将其变为颗粒形态，填充于一对电极外壳，使其保持既定间隔，构成一对电极，利用交流电源实施电解，那么，即使进行电解，2电极间的距离也不发生变化，能够大量制备均一形状和均一的纳米大小的金属纳米粒子。
另外，在本发明中，在电解进行的同时，随着一对电极外壳中填充的颗粒的消耗而填充新的颗粒，从而能够不中断电解工序，连续地制备大量的金属纳米粒子。结果，在本发明中，无需更换电解工序中消耗的电极，向电极外壳的内部空间补充颗粒形状的金属粒，从而能够防止电解工序的中断，能够提高生产率。
图6是显示本发明第2实施例的金属纳米粒子制备装置用颗粒型电极的立体图。
如图6所示，本发明第2实施例的金属纳米粒子制备装置用颗粒型电极与图3所示第1实施例的颗粒型电极相比，差异是在第1及第2电极外壳(32,42)的相向面上，取代缝，形成多个孔(33a,43a)，其余构成相同。
因此，针对与第1实施例相同的构成要素，赋予相同的参照符号，并省略对此的详细说明。
在第2实施例中，孔(33a,43a)作为使颗粒(30a,40a)无法泄漏的结构，可以越向电极外壳(32,42)的外部越向上倾斜地形成。
图7是显示第1及第2实施例中使用的颗粒型电极的变形例的俯视图。
如图7所示，所示颗粒型的第1及第2电极(30,40)是为进一步提高导电率，在填充有多个颗粒(30a,40a)的第1及第2电极外壳(32,42)的内部空间，分别沿长度方向***导电板(37)的示例。此时，导电板(37)由与颗粒(30a,40a)相同的材料构成。
如上所述，在第1及第2电极外壳(32,42)内部***有导电板(37)的情形，能够进一步提高导电率，能够谋求增大电解效率。
对于与所述第1实施例相同的构成要素，赋予了相同的参照符号，并省略对此的详细说明。
图8及图9是本发明第3实施例的金属纳米粒子制备装置的简要剖面图及仰视图。
在第3实施例的金属纳米粒子制备装置中，对于与第1实施例的金属纳米粒子制备装置相同的构成要素，赋予了相同的参照符号，并省略对此的详细说明。
如图8及图9所示，本发明第3实施例的金属纳米粒子制备装置为使第1电极(60)与第2电极(70)之间的相向面积实现最大化，提出采用双层桶结构的圆桶形电极外壳的示例。
本发明第3实施例的圆桶形第1及第2电极外壳(62,72)由下端封闭的双层桶结构构成，以便具备能够分别填充多个颗粒(60a,70a)的环形容纳空间。
就本发明第3实施例而言，在反应容器(10)内部，使用在直径互不相同、以同心状配置的双层桶结构的第1及第2电极外壳(62,72)内部，分别填充由与要获得的金属纳米粒子相同的材料构成的多数颗粒(60a,70a)的第1电极(60)和第2电极(70)。
第1电极(60)和第2电极(70)在第1电极外壳(62)与第2电极外壳(72)之间被相同长度的多个连接部(12)相互连接，从而相互隔离地配置。结果，相对于相互相向的所有外周面，第1电极外壳(62)与第2电极外壳(72)之间的间隔设定为保持恒定，第1电极(60)与第2电极(70)之间的间隔也设定为保持恒定。
另外，在第1电极外壳(62)的内周面上，形成有多个缝或孔(63)，在与之相向的第2电极外壳(73)的外周面上，形成有多个缝或孔(73)。
另一方面，在第3实施例中，为更换反应容器(10)内部容纳的电解溶液(11)，在第1电极(60)和第2电极(70)的下部下配置叶轮，即搅拌器(20)，搅拌器(20)的旋转轴(22)贯通第2电极外壳(72)中央进行配置，在第2电极外壳(72)的下侧内部借助于被多个连接部(13)支撑的轴承(14)，能旋转地支撑旋转轴(20)的一端。
在反应容器(10)内部，容纳有在超纯水中作为添加剂混合了电解质、分散剂及还原剂的电解溶液(11)，在所述反应容器(10)的下侧，为间接加热电解溶液(11)而配置有加热装置(图中未示出)，在反应容器(10)的上部，通过一对电源线(55)，连接有用于向第1电极(60)和第2电极(70)接入交流(AC)电源的电源供应装置(50)。
如上构成的本发明第3实施例的金属纳米粒子制备装置为使第1电极(60)与第2电极(70)之间的相向面积实现最大化，采用双层桶结构的圆桶形第1及第2电极外壳(62,72)，因而相向面积增加，能够谋求增大金属纳米粒子的收率。
另外，在第3实施例中，取代金属板或棒，将其换成颗粒形态，保持既定间隔地填充于第1及第2电极外壳(62,72)中，构成第1及第2电极(60,70)，如果利用交流电源实施电解，那么，即使进行电解，第1及第2电极(60,70)间的距离不发生变化，能够大量制备均一形状和均一的纳米大小的金属纳米粒子。
另外，在本发明中，在电解进行的同时，随着第1及第2电极外壳(62,72)中填充的颗粒(60a,70a)的消耗，填充新的颗粒(60a,70a)，不中断电解工序，便能够连续地制备大量的金属纳米粒子。结果，在本发明中，无需更换电解工序消耗的电极，通过向电极外壳的内部空间补充颗粒状的金属粒，从而能够防止电解工序的中断，能够借助于连续工序提高生产率。
图10及图11分别是本发明第4及第5实施例的金属纳米粒子制备装置的简要立体图。
如图10及图11所示，本发明第4及第5实施例的金属纳米粒子制备装置与第1至第3实施例的不同之处在于分别容纳了颗粒(图中未示出)的电极外壳(82,82a)，第4及第5实施例只使用一个电极外壳。
与由电极外壳(82,82a)中容纳的颗粒形成的第1电极(80)相向的第2电极(90,90a)，只是由当接入用于电解的交流电源时能够实现通电的圆板或圆桶构成，容纳颗粒的电极外壳(82,82a)借助于旋转驱动装置(图中未示出)而实现旋转。
第4及第5实施例的第2电极(90,90a)选定为诸如Ti等的在电解溶液中不会溶出的金属材料。
如图10所示的本发明第4实施例的金属纳米粒子制备装置可以是由容纳颗粒的电极外壳(82)具有例如截面为十字形状的容纳空间的结构构成。电极外壳(82)的形状除所述十字形之外，例如星形桶、圆桶、多边形桶等，只要是能够容纳颗粒的桶结构，任何形状均可。因此，第1电极(80)由电极外壳(82)中容纳的多个颗粒构成。
此时，由于圆板状的第2电极(90)配置于第1电极(80)的下侧，所以，供电解时溶出的金属离子排出的电极外壳(82)的缝(83)配置于下侧面(84)。
所述电极外壳(82)的下部板(84)与圆板状的第2电极(90)保持既定间隔进行配置，在第1及第2电极(80,90)之间，继续保持既定间隔。
另外，所述电极外壳(82)实现旋转后，则不需要使用另外的搅拌器，能够有望获得促进从第1电极(80)排出的金属离子溶出的作用。
所述电极外壳(82)实现旋转后，在电解反应时，第1及第2电极(80,90)之间继续保持既定间隔，与此同时，形成了生成的金属离子与还原剂的有效反应环境，能够使混合的效率实现最大化。
图10中未说明的构件符号91代表电线管(91)，供用于向反应容器(10)底面配置的第2电极(90)接入交流电源的电源线容纳。
如图11所示的本发明第5实施例的金属纳米粒子制备装置使用的容纳颗粒的电极外壳(82a)，以与第4实施例的电极外壳(82)相同的结构构成。
本发明第5实施例与第4实施例的差异之处在于，与第1电极(80a)相向的第2电极(90a)在包围第1电极(80a)的电极外壳(82)的同时，以具有既定厚度的圆桶或网(net)结构的圆桶构成。
此时，由于圆桶状的第2电极(90a)配置于第1电极(80a)的侧面，因此，供电解时溶出的金属离子排出的电极外壳(82a)的缝(83a)配置于电极外壳(82a)的侧面。
当所述电极外壳(82a)是十字形时，4个侧面(84a)和圆桶状的第2电极(90a)保持既定间隔进行配置，所以，在第1及第2电极(80a,90a)之间也继续保持既定间隔。
另外，所述电极外壳(82a)实现旋转后，则不需要使用另外的搅拌器，能够有望发挥促进从第1电极(80a)排出的金属离子溶出的作用。
所述的第4及第5实施例由于只使用一个电极外壳(82,82a)，所以具有易于对被消耗的颗粒补充进行管理的优点。
图12是本发明第6实施例的金属纳米粒子制备装置的简要立体图，图13及图14分别是显示第6实施例所示金属纳米粒子制备装置的颗粒型电极的剖面图。
在图12中，第1电极(300a)与第2电极(400a)的相向的侧面(特别是第1及第2侧板(34a,44a))设定为相同的距离使用，但为了说明相向侧面的结构，出于方便，显示了展开既定角度的状态。
本发明第6实施例的金属纳米粒子制备装置提供一种电极结构，当电解时，从电极的离子溶出在电极角部比角部之外其他部分多，能够实现所谓“边缘效应(Edge Effect)”最大化。
为此，第6实施例的金属纳米粒子制备装置为容纳颗粒(图中未示出)，例如以方形桶状构成的第1及第2电极外壳(32a,42a)具有如下结构：相互相向的一个侧面分别由第1及第2侧板(34a,44a)构成，第1及第2侧板(34a,44a)由诸如Ti的不溶性电极材料构成，凸出既定高度。
此时，所述第1及第2电极外壳(32a,42a)可以象第1至第3实施例的电极外壳一样，使用对电解溶液的不溶性的绝缘性材料，例如浇铸尼龙(MC nylon)、尼龙、聚酯、聚苯乙烯、聚氯乙烯的聚合物系(polymer family)，碳(carbon)、陶瓷或玻璃，例如派瑞克斯(Pyrex)玻璃，第1及第2侧板(34a,44a)可以使用作为能够导电的不溶性材料的钛(Ti)。
结果，当使用钛(Ti)作为第1及第2电极外壳(32a,42a)的第1及第2侧板(34a,44a)时，第1及第2侧板(34a,44a)与第1及第2电极外壳(32a,42a)中填充的多个颗粒处于接触状态，因此，当交流电源接入颗粒时，第1及第2侧板(34a,44a)实现与多个颗粒的通电。
第1及第2侧板(34a,44a)如图13所示，锯齿状的多个凸起(对应于螺纹)(35a,45a)凸出既定的高度，相向的凸起(对应于螺纹)(35a,45a)之间的间隔设定为相同，在各凸起(35a,45a)的侧面，形成多个孔或缝(33a,43a)。所述的第1及第2侧板(34a,44a)可以弯曲网(net)结构的Ti板材形成，使多个孔或缝(33a,43a)规则地排列。
另外，由于所述第1及第2侧板(34a,44a)是锯齿状的多个凸起(对应于螺纹)(35a,45a)凸出的结构，所以与平板结构相比，相向面积增加，能够谋求提高随着电解而获得金属纳米粒子的效率。
因此，如果向颗粒接入交流电源，第1及第2侧板(34a,44a)的相互相向的凸起(35a,45a)与多个颗粒实现通电，则根据边缘效应(Edge Effect)，在第1及第2电极外壳(32a,42a)之间，填充于一侧、形成第1电极(300a)的多个颗粒向另一侧的第2电极(400a)的多个颗粒释放电子，使溶出到电解溶液中的金属离子的溶出量增加。
另外，本发明第6实施例的金属纳米粒子制备装置如图14所示，在第1及第2电极外壳(32a,42a)中，设定为第1及第2侧板(34a,44a)的凸起(35a,45a)配置于对面的凸起与凸起之间的结构，此时，与平板结构相比，相向的面积增加，能够谋求提高随着电解而获得金属纳米粒子的效率。
而且，在本发明第6实施例的第1及第2电极外壳(32a,42a)中，虽然提出了第1及第2侧板(34a,44a)的凸起(35a,45a)沿上下方向相互平行地排列的结构，但是，也可以由第1及第2侧板(34a,44a)的凸起(35a,45a)沿水平方向相互平行地排列的结构构成。
如上所述，在本发明中，在以既定间隔安装于电解槽内的一对电极外壳内部，填充由与要获得的金属纳米粒子相同的材料构成的颗粒或碎屑，构成电极，从而即使进行电解，两电极间的距离也不发生变化，能够获得均一形状和均一大小的金属纳米粒子。
另外，在本发明中，在电解工序中，随着金属颗粒或碎屑的消耗而连续地填充新的金属颗粒或碎屑，从而无需因更换电极而中断生产，能够简便地连续制备大量的金属纳米粒子。结果，在本发明中，无需更换在电解工序中消耗的电极，通过向电极外壳中补充颗粒，可以防止电解工序的中断，能够提高生产率。
而且，在本发明中，在金属离子形成结晶之前，利用还原剂还原成金属纳米粒子，在尚未还原的金属离子生长成纳米结晶之前，使极性发生变化，从而，在交流电源中选择最佳频率，接入电极，以便实现金属纳米粒子的大量生产，能够高效制备大量的金属纳米粒子。
在所述实施例说明中，作为颗粒或碎屑的材料，是以离子化倾向小的金属银(Ag)为例进行说明，但是，即使应用于离子化倾向大的金属，例如Mg、Al、Zn、Fe、Cu，或离子化倾向小的Pt、Au等，也能够获得类似结果。
另外，在所述实施例说明中，作为颗粒或碎屑的材料，使用了纯银(Ag)，但当使用在由Ag、Pt、Au、Mg、Al、Zn、Fe、Cu、Ni及Pd组成的组中选择的2种以上的合金，例如使用Ag-Cu、Ag-Mg、Ag-Al、Ag-Ni、Ag-Fe、Cu-Mg、Cu-Fe、Cu-Al、Cu-Zn、Cu-Ni等合金时，可以获得合金纳米粒子。
而且，合金纳米粒子具有低于合金前各金属熔点的熔点，当制备使用了合金纳米粒子的墨水时，能够有望获得较低的烧结温度。
工业利用可能性
本发明能够利用简单的工序，环保地、均匀地大量生产金属墨水、医疗、服装、化妆品、催化剂、电极材料、电子材料等应用领域使用的金属纳米粒子，特别是银纳米粒子，能够广泛应用于金属纳米粒子制备。

Claims (20)

1.一种金属纳米粒子的制备装置，其特征在于，包括：
反应容器，供电解溶液容纳；
第1及第2电极，在设置间隔地安装于各个所述反应容器内部的第1及第2电极外壳中，填充由与要获得的金属纳米粒子相同的金属构成的多个颗粒或碎屑形成；
支撑座，以绝缘状态相互间隔既定距离，对所述第1电极外壳和第2电极外壳进行支撑；以及
电源供应装置，用于为进行电解反应而向所述第1及第2电极之间接入交流电源；而且，
所述第1及第2电极外壳至少在相向的面上具备多个孔或缝，以便根据电解反应而从所述第1及第2电极溶出的金属离子排出；
所述多个孔或缝的宽度设定得小于所述多个金属颗粒或碎屑的大小。
2.根据权利要求1所述的金属纳米粒子的制备装置，其特征在于，
所述支撑座在两侧面上还包括：第1及第2电源线，从电源供应装置供应接入所述第1及第2电极之间的交流电源；第1及第2电极端子，用于相互连接第1及第2电极外壳内部填充的颗粒或碎屑。
3.根据权利要求1所述的金属纳米粒子的制备装置，其特征在于：
所述第1及第2电极外壳是截面形状分别为矩形或多边形的桶。
4.根据权利要求3所述的金属纳米粒子的制备装置，其特征在于：
所述第1及第2电极外壳由第1及第2侧板构成，他们各个相向的侧面具有由锯齿状构成的多个凸起，在所述凸起的两侧面形成多个孔或缝。
5.根据权利要求4所述的金属纳米粒子的制备装置，其特征在于：
所述第1及第2侧板分别由以Ti构成的网构成。
6.根据权利要求1所述的金属纳米粒子的制备装置，其特征在于：
所述第1及第2电极外壳分别为直径互不相同、以同心状配置的圆形双层桶结构。
7.根据权利要求1所述的金属纳米粒子的制备装置，其特征在于：
所述颗粒或碎屑由在Ag、Pt、Au、Mg、Al、Zn、Fe、Cu、Ni及Pd构成的组中选择的任意1种或2种以上的合金构成。
8.根据权利要求1所述的金属纳米粒子的制备装置，其特征在于：
所述颗粒或碎屑的尺寸设定为0.05至10cm范围。
9.根据权利要求1所述的金属纳米粒子的制备装置，其特征在于：
所述颗粒或碎屑的尺寸设定为0.5至5mm范围。
10.一种金属纳米粒子的制备装置，其特征在于，包括：
反应容器，供电解溶液容纳；
第1电极，在安装于所述反应容器内部的电极外壳中，填充由与要获得的金属纳米粒子相同的金属构成的多个颗粒或碎屑形成；
第2电极，与所述第1电极设定间隔，安装于所述反应容器的内部；
以及电源供应装置，用于为进行电解反应而向所述第1及第2电极之间接入交流电源；而且，
所述电极外壳在与所述第2电极相向的侧面上具备多个孔或缝，以便随着电解反应而从所述第1电极溶出的金属离子排出，所述多个孔或缝的宽度设定得小于所述多个金属颗粒或碎屑的大小。
11.根据权利要求10所述的金属纳米粒子的制备装置，其特征在于：
所述电极外壳在内部具有十字形的容纳空间，在侧面具备多个孔或缝，所述第2电极把所述电极外壳容纳于内部，由圆桶或圆桶形网构成。
12.根据权利要求10或11所述的金属纳米粒子的制备装置，其特征在于：
所述电极外壳被旋转驱动，所述第2电极由Ti构成。
13.一种金属纳米粒子的制备方法，其特征在于包括：
电解溶液准备步骤，在反应容器内，使电解质及分散剂溶解于纯水，准备电解溶液；
第1及第2电极形成步骤，在相向地配置于所述反应容器内部且在相向面上具备多个孔或缝的第1及第2电极外壳中，填充由与要获得的金属纳米粒子相同的金属构成的多个颗粒或碎屑，形成第1及第2电极；
金属离子产生步骤，在所述第1及第2电极之间接入交流电源并进行电解，从而使金属颗粒或碎屑在所述电解溶液中离子化，产生金属离子；以及
金属纳米粒子形成步骤，利用还原剂使所述金属离子还原，形成金属纳米粒子。
14.根据权利要求13所述的金属纳米粒子的制备方法，其特征在于：
所述还原剂对应于随着电解的进行而生成的金属离子的浓度投入电解溶液内，使还原剂的浓度保持既定水平。
15.根据权利要求13所述的金属纳米粒子的制备方法，其特征在于：
所述交流电源的频率(f)为0<f<10Hz。
16.根据权利要求13所述的金属纳米粒子的制备方法，其特征在于：
所述颗粒或碎屑由在Ag、Pt、Au、Mg、Al、Zn、Fe、Cu、Ni及Pd构成的组中选择的任意1种或2种以上的合金构成。
17.根据权利要求13所述的金属纳米粒子的制备方法，其特征在于：
所述颗粒或碎屑的大小设定为0.05至10cm范围。
18.根据权利要求13所述的金属纳米粒子的制备方法，其特征在于：
所述颗粒或碎屑的大小设定为0.5至5mm范围。
19.一种金属纳米粒子的制备方法，其特征在于包括：
电解溶液准备步骤，在反应容器内，使电解质及分散剂溶解于纯水，准备电解溶液；
第1和第2电极安装步骤，把在电极外壳中填充由与要获得的金属纳米粒子相同的金属构成的多个颗粒或碎屑而形成的第1电极和以板状或圆桶状构成的至少与所述第1电极的一面相向的第2电极安装于所述反应容器的内部；
金属离子产生步骤，向所述第1及第2电极之间接入交流电源并进行电解，从而使金属颗粒或碎屑在所述电解溶液内实现离子化，产生金属离子；以及
金属纳米粒子形成步骤，利用还原剂使所述金属离子还原，形成金属纳米粒子。
20.根据权利要求19所述的金属纳米粒子的制备方法，其特征在于：
所述电极外壳被旋转驱动，所述第2电极由Ti构成。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101415148B1 (ko) * 2012-09-25 2014-08-06 한국항공대학교산학협력단 항균성 생체복합재 및 그 제조장치와 제조방법
JP6464146B2 (ja) * 2013-04-11 2019-02-06 シダンスク ウニベルシテート 触媒構造体から白金族金属をリサイクルする方法
CN111542138A (zh) * 2020-05-08 2020-08-14 香港中文大学（深圳） 离子导体的电致发热方法和应用
CN111850613A (zh) * 2020-07-29 2020-10-30 湖南化工职业技术学院（湖南工业高级技工学校） 一种PtIr纳米溶胶的制备方法
KR102228796B1 (ko) * 2020-09-21 2021-03-17 주식회사 윤퓨처스 금속나노입자의 제조방법 및 장치
RU2755222C1 (ru) * 2020-12-26 2021-09-14 федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет" (ФГАОУ ВО КФУ) Плазменно-ультразвуковой способ получения металлического порошка (варианты)
CN114400333A (zh) * 2022-01-18 2022-04-26 江苏擎动新能源科技有限公司 一种催化剂及其制备方法

Family Cites Families (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB1476055A (en) * 1975-03-05 1977-06-10 Imp Metal Ind Kynoch Ltd Eletro-winning metals
US4684448A (en) * 1984-10-03 1987-08-04 Sumitomo Light Metal Industries, Ltd. Process of producing neodymium-iron alloy
US4707239A (en) * 1986-03-11 1987-11-17 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior Electrode assembly for molten metal production from molten electrolytes
JPH04157193A (ja) * 1990-10-19 1992-05-29 Tome Sangyo Kk 金属超微粒子の製造法
US5820653A (en) * 1993-04-19 1998-10-13 Electrocopper Products Limited Process for making shaped copper articles
CN2508222Y (zh) * 2001-10-25 2002-08-28 武汉大学 固体聚合物电解质一氧化碳传感器
KR100555584B1 (ko) * 2003-06-10 2006-03-03 좌용호 전기분해법을 이용한 금속나노입자 제조방법
JP2005103723A (ja) * 2003-10-01 2005-04-21 National Institute Of Advanced Industrial & Technology 金属ナノワイヤーの単結晶化方法及び装置
US20060243595A1 (en) * 2004-09-16 2006-11-02 Global Ionix Inc. Electrolytic cell for removal of material from a solution
KR20060120716A (ko) * 2005-05-23 2006-11-28 주식회사 엔씨메탈 펄스형 에너지를 이용한 금속 미세입자 제조방법
JP4297133B2 (ja) * 2006-05-15 2009-07-15 ソニー株式会社 リチウムイオン電池
KR100820038B1 (ko) * 2007-01-08 2008-04-07 한양대학교 산학협력단 잉크젯 금속 잉크용 구리 나노입자의 제조방법
KR20080074264A (ko) * 2007-02-08 2008-08-13 김종배 전기분해법에 의한 은나노 제조장치
KR100907877B1 (ko) * 2007-03-15 2009-07-14 윤의식 금속 나노입자 콜로이드 용액 제조 방법 및 이를 이용한 금속 나노입자 분말 제조 방법
JP2009215146A (ja) * 2008-03-13 2009-09-24 Panasonic Corp 金属含有ナノ粒子、これを用いて成長したカーボンナノチューブ構造体、及びこのカーボンナノチューブ構造体を用いた電子デバイス及びその製造方法
KR20090006031A (ko) * 2008-11-27 2009-01-14 영남대학교 산학협력단 생체 내의 유체 내에서 자성체의 위치를 조절하는 3축 교류자기장 인가장치

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