RU2644176C1 - Способ получения стабильных высококонцентрированных органозолей на основе наночастиц серебра для получения электропроводящих пленок - Google Patents

Способ получения стабильных высококонцентрированных органозолей на основе наночастиц серебра для получения электропроводящих пленок Download PDF

Info

Publication number
RU2644176C1
RU2644176C1 RU2017120255A RU2017120255A RU2644176C1 RU 2644176 C1 RU2644176 C1 RU 2644176C1 RU 2017120255 A RU2017120255 A RU 2017120255A RU 2017120255 A RU2017120255 A RU 2017120255A RU 2644176 C1 RU2644176 C1 RU 2644176C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
silver
organosol
nanoparticles
concentration
dispersion medium
Prior art date
Application number
RU2017120255A
Other languages
English (en)
Inventor
Александр Иванович Булавченко
Аида Турусбековна Арымбаева
Марина Геннадьевна Демидова
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт неорганической химии им. А.В. Николаева Сибирского отделения Российской академии наук
Priority to RU2017120255A priority Critical patent/RU2644176C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2644176C1 publication Critical patent/RU2644176C1/ru

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/24Electrically-conducting paints
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82BNANOSTRUCTURES FORMED BY MANIPULATION OF INDIVIDUAL ATOMS, MOLECULES, OR LIMITED COLLECTIONS OF ATOMS OR MOLECULES AS DISCRETE UNITS; MANUFACTURE OR TREATMENT THEREOF
    • B82B1/00Nanostructures formed by manipulation of individual atoms or molecules, or limited collections of atoms or molecules as discrete units

Abstract

Изобретение относится к области коллоидной химии, а именно к способам получения стабильных органозолей наночастиц металлов, в частности наночастиц серебра, которые перспективны в качестве чернил-красок для получения электропроводящих пленок, электронных красок для электрофоретических дисплеев, лекарственных препаратов наружного применения с антимикробным действием, теплоотводящих жидкостей, активных усиливающих сред для «случайных» лазеров. Описан способ получения стабильного высококонцентрированного органозоля на основе наночастиц серебра для получения электропроводящих пленок, включающий стадию солюбилизации и стадию восстановления ионов серебра гидразином в дисперсионной среде 0,25 М раствора бис-(2-этилгексил) сульфосукцината натрия в н-декане, в котором исходные реагенты - азотнокислое серебро и гидразин - вводят в дисперсионную среду в режиме динамической обратной эмульсии, причем сначала вводят раствор азотнокислого серебра, при этом стадии солюбилизации и восстановления ионов серебра объединены в одну стадию, при соотношении объемов фаз водные растворы реагентов: дисперсионная среда равном 1:2,5 с последующим разделением фаз, органическую фазу обезвоживают, в обезвоженный органозоль вводят от 1,0 до 2,5 об. % от объема органозоля, воды и проводят электрофоретическое концентрирование при напряженности постоянного поля 300-600 В/см в течение 1,5-2 часов. Технический результат: предложен способ, обеспечивающий получение стабильного концентрата с концентрацией наночастиц серебра, достаточной для получения проводящих пленок. 2 з.п. ф-лы, 7 ил., 4 табл., 3 пр.

Description

Изобретение относится к области коллоидной химии, разделу химии ультрадисперсных систем, а именно к способам получения стабильных органозолей наночастиц металлов. Стабильные органозоли наночастиц серебра перспективны в качестве чернил-красок для получения электропроводящих пленок, электронных красок для электрофоретических дисплеев, лекарственных препаратов наружного применения с антимикробным действием, теплоотводящих жидкостей, активных усиливающих сред для «случайных» лазеров.
Известны способы получения органозолей наночастиц серебра и других металлов мицеллярным (микроэмульсионным) синтезом [1. Capek I. Preparation of metal nanoparticles in water-in-oil (w/o) microemulsions // Adv. Colloid Interface Sci. - 2004. - V. 110. - N 1-2. - P. 49-74. 2. Eastoe J., Hollamby M. J., Hudson L. Recent advances in nanoparticle synthesis with reversed micelles // Adv. Colloid Interface Sci. - 2006. - V. 128-130. - P. 5-15].
Способы дают возможность регулировать размеры получаемых наночастиц и получать органозоли частиц с узким распределением по размерам. Растворы исходных реагентов, чаще всего водорастворимые соли металлов и восстановители, вводятся (солюбилизируются) инъекционно в две разные части раствора мицеллообразующего поверхностно-активного вещества (ПАВ) с концентрацией от 0.1 до 10% в органических растворителях, чаще всего в предельных углеводородах, которые затем смешиваются с образованием оптически прозрачных растворов.
Недостатком известных инъекционно-микроэмульсионных способов являются низкая концентрация наночастиц металлов в дисперсиях, недостаточная для формирования проводящих пленок. Обозначенный недостаток обусловлен чрезвычайно низкой солюбилизационной емкостью мицеллярных растворов ПАВ, обычно не более 1-5 об.%, причем солюбилизационная емкость резко уменьшается при увеличении концентрации вводимых солей. Поэтому мицеллярный синтез обычно ведут при солюбилизационных емкостях не более 1 об %. Кроме того, низкие солюбилизационные емкости обеспечивают малый размер наночастиц (2-10 нм) и хорошую монодисперсность. Однако в результате уже на стадии синтеза концентрации реагентов снижаются в 100 раз, по сравнению с «водным» синтезом.
Известны способы увеличения концентрации наночастиц металлов в органозоле введением реагентов (азотнокислое серебро и восстановители) в исходные мицеллярные растворы методами жидкостной или твердофазной экстракцией [3. Noritomi Н., Umezawa Y., Miyagawa S., Kato S. Preparation of Highly Concentrated Silver Nanoparticles in Reverse Micelles of Sucrose Fatty Acid Esters through Solid-Liquid Extraction Method // Advances in Chemical Engineering and Science-2011. - V. 1. - N 4. - P. 299-304]. В итоге концентрация наночастиц была увеличена на порядок. Однако полученной концентрации наночастиц в органозоле было недостаточно для получения проводящих пленок.
Известен способ получения органозолей синтезом в микроэмульсиях с высоким содержанием водной псевдофазы с выделением твердофазного осадка и его последующим редиспергированием в подходящем растворителе [4. Sosa Y. D, Rabelero М.,
Figure 00000001
М.Е, Saade Н. and
Figure 00000002
R. G. High-Yield Synthesis of Silver Nanoparticles by Precipitation in a High-Aqueous Phase Content Reverse Microemulsion // Hindawi Publishing Corporation. Journal of Nanomaterials V. 2010, Article ID 392572, 6 pages doi:10.1155/2010/392572]. Его недостатками являются сложный состав микроэмульсии, использование смешанных мицелл AOT+DDSNa (додецилсульфат натрия), синтез при повышенной температуре (70°C) и сложность подбора растворителя для редиспергирования.
Известен способ [5. Bulavchenko A.I., Pletnev D.N. Electrophoretic concentration of nanoparticles of gold in reversed micellar solutions of AOT // J. Phys. Chem. C - 2008. - V. 112. - №42. - P. 16365-16369] получения концентрированных органозолей наночастиц золота, в котором инъекционное введение реагентов и последующий синтез дополнялись введением дополнительной стадии электрофоретического концентрирования в электрофоретической ячейке конденсаторного типа. Концентрации золота в органозоле увеличились до 2 моль/л, однако объем получаемого концентрата составил всего 0,1 об.% от объема микроэмульсии (например, из 20 мл мицеллярного раствора после синтеза удается выделить не более 20 мкл жидкого концентрата с концентрацией 2 М).
Известен способ [6. Bulavchenko A.I. Popovetsky P.S. The electrokinetic potential of nanoparticles in reverse AOT micelles: photometric determination and role in the processes of heterocoagulation, separation, and concentration // Langmuir. - 2010. - V. 26. - №2. - P. 736-742] получения концентрированных органозолей серебра электрофоретическим концентрированием. Концентрации серебра в органозоле увеличились до 1 М, что было достаточно для получения проводящих пленок. Однако, объем выделяемого концентрата также был незначительным, не более 0,1 об. % от объема микроэмульсии.
Известен способ [7. Поповецкий П.С., Булавченко А.И., Манаков А.Ю. Получение и физико-химические свойства гидрофобного концентрата наночастиц серебра // Оптический журнал. - 2011. - Т. 78, №7. - С. 67-72], в котором получение органозоля проводилось следующим образом. На стадии синтеза в две порции по 10 мл 0,25 М раствора AOT (бис-(2-этилгексил) сульфосукцината натрия) в декане инъекционно вводятся: в первую 0,1 мл азотнокислого серебра (AgNO3) с концентрацией 0,25 М; во вторую 0,1 мл 20 М гидразина (N2H4). Растворы после введения реагентов должны быть прозрачны. Затем растворы с реагентами смешиваются. Реакционная смесь оставляется на ночь. Концентрация серебра в органозоле интенсивно желтого цвета составила 0,00125 М. При введении в первую порцию раствора AgNO3 с большей концентрацией или больших объемов стабильный органозоль с наночастицами серебра не формируется: уже в процессе восстановления выпадает черный осадок. Далее проводилось электрофоретическое концентрирование аналогично [5, 6]. Концентрации серебра в органозоле увеличились до 1 М, что было достаточно для получения проводящих пленок. Однако выделенный объем концентрата также был незначительным (не более 0,1 об.% от объема микроэмульсии). Данный способ и является прототипом заявляемого способа.
Задача предлагаемого изобретения заключается в значительном увеличении объема выделяемого стабильного концентрата с концентрацией наночастиц, достаточной для получения проводящих пленок. Поставленная задача решается тем, что в способе получения стабильных высококонцентрированных органозолей на основе наночастиц серебра для получения электропроводящих пленок исходные реагенты - азотнокислое серебро и гидразин - вводят в дисперсионную среду в режиме динамической обратной эмульсии, причем сначала вводят раствор азотнокислого серебра, при этом стадии солюбилизации и восстановления ионов серебра объединены в одну стадию, при соотношении объемов фаз водные растворы реагентов: дисперсионная среда равном 1:2,5 с последующим разделением фаз, органическую фазу обезвоживают, в обезвоженный органозоль вводят от 1,0 до 2,5 об.%, от объема органозоля, воды и проводят электрофоретическое концентрирование при напряженности постоянного поля 300-600 В/см в течение 1,5-2 часов, при этом при восстановлении используют 0,3 М раствор азотнокислого серебра и 10 М раствор гидразина, полученный концентрат органозоля стабилен, имеет плотность 1,1-1,3 г/см3, содержит 3-4,5 М серебра в виде наночастиц размером 3-6 нм.
Отличительные признаки изобретения:
- исходные реагенты: азотнокислое серебро и гидразин, вводят в дисперсионную среду в режиме динамической обратной эмульсии;
- последовательность введения реагентов;
- объединение в одну стадию стадии солюбилизации и восстановления ионов серебра;
- соотношение объемов фаз водные растворы реагентов:дисперсионная среда равно 1:2,5;
- введение в обезвоженный органозоль от 1,0 до 2,5 об.% воды, от объема органозоля;
- концентрации исходных реагентов и характеристика полученного концентрата органозоля.
В способе-прототипе используется классическая схема мицеллярного (микроэмульсионного) синтеза: исходные реагенты вводятся в мицеллярный раствор АОТ методом инъекционной солюбилизации, т.е. последовательным прикапыванием водных растворов реагентов к органической фазе (раствор АОТ в предельных углеводородах); образующиеся микроэмульсии должны быть прозрачными. Существенным и трудно преодолимым недостатком мицеллярного синтеза является низкая массовая концентрация полученных органозолей. Проблема обусловлена малой солюбилизационной емкостью обратных микроэмульсий по отношению к водным растворам исходных реагентов (1-5 об.%). Таким образом, по сравнению с «водным» синтезом реагенты разбавляются при инъекционной солюбилизации сразу в 20-100 раз! Причем чаще всего используются именно низкие солюбилизационные емкости (0-1 об.%), так как только при малых содержаниях водной псевдофазы формируются малые наночастицы.
Данная проблема решается в предлагаемом способе тем, что исходные реагенты - азотнокислое серебро и гидразин - вводят в дисперсионную среду в режиме динамической обратной эмульсии, стадии солюбилизации и восстановления ионов серебра объединяются в одну, что позволяет вводить гораздо большие объемы азотнокислого серебра (например, 4 мл против 0,1 мл в 20 мл органической фазы). И восстановление ведут не в мицеллярном режиме, а в режиме динамической обратной эмульсии. В эмульсии реагенты находятся исходно в каплях микронного размера; в то время как в мицеллярных системах - в мицеллах нанометрового размера. После синтеза излишки воды удаляют и на электрофорез направляют органозоль с концентрацией серебра 0,04-0,05 М, что в ~ 30 раз превышает концентрацию в органозоле, получаемом мицеллярным синтезом.
Обоснование признаков формулы. С целью нахождения оптимальных условий эмульсионного синтеза наночастиц серебра в дисперсионной среде (0,25 М растворе АОТ в н-декане) при фиксированном отношении объемов фаз дисперсионной среды и водные растворы исходных реагентов равном 2,5 варьировали последовательность введения реагентов, концентрации гидразина и азотнокислого серебра в водном растворе (фаза исходных реагентов). Для расчета выхода продукта содержание серебра в дисперсионной среде (органической фазе) контролировали методом спектрофотометрии по его плазмонному поглощению. Показано, что органозоль серебра может быть получен только при первоочередном введении в органическую фазу раствора AgNO3. Изучено влияние концентрации гидразина в интервале 1-20 М. В таблице 1 показано влияние концентрации гидразина на выход наночастиц серебра. Условия: объем органической фазы равен 20 мл; объем исходных реагентов равен 8 мл (4 мл 1 М AgNO3 + 4 мл N2H4). На основании полученных данных выбрано оптимальное значение концентрации гидразина – 10 M (выход серебра - 25%). Для увеличения выхода наночастиц серебра в органозоле и устранения его потерь изучено влияние концентрации азотнокислого серебра в водном растворе. В таблице 2 показано влияние концентрации серебра (0,3-1 М) на выход наночастиц серебра. Из полученных данных следует, что при условиях: объем органической фазы - 20 мл; суммарный объем исходных реагентов - 8 мл (по 4 мл каждого); концентрация AgNO3 - 0,3 М; концентрация N2H4 – 10 M достигается высокий выход наночастиц серебра - 78%. Данные условия синтеза выбраны как оптимальные.
Оптимальные условия электрофоретического концентрирования находились в зависимости от содержания водной псевдофазы в микроэмульсиии. Специально для этого после синтеза проводилось обезвоживание микроэмульсии испарением воды при перемешивании в открытом стакане. Затем в микроэмульсию инъекционно добавляли от 0.5 до 10 об.% дистиллированной воды. Такой прием позволяет контролировать содержание воды в микроэмульсии и находить оптимальное содержание воды для проведения электрофореза. Электрофорез проводился на следующие сутки после инъекционной солюбилизации водной псевдофазы. Результаты концентрирования электрофорезом шести параллельных опытов при содержании водной псевдофазы равном 2.5 об.% и четырех параллельных опытов при содержании водной псевдофазы равном 1,5 об.% приведены в таблицах 3 и 4. Условия синтеза следующие: в 20 мл дисперсионной среды (0,25 М АОТ в декане) вводили 4 мл 0,3 М AgNO3 и 4 мл 10 M гидразина. В первом случае электрофорез проводился 1,5 часа при напряженности поля 600 В/см; во втором - 2 часа при напряженности поля 300 В/см. Зависимость концентрации серебра в выделенном концентрате от содержания водной псевдофазы приведена на фиг. 1. Из полученных данных следует, что концентрации серебра свыше 3 М получают при содержании водной псевдофазы в довольно узком диапазоне: от 1 до 2.5 об.%. В итоге после электрофореза получают значительно больший (приблизительно на порядок) объем концентрата (0,21 и 0,27 мл против 0,025 мл) с большей концентрацией серебра (4.3 и 3,34 М против 1 M в способе-прототипе). Размеры наночастиц и другие параметры органозоля при этом отличаются незначительно, полученные концентраты органозоля в условиях предлагаемого синтеза и концентрирования содержат 3-4,5 М серебра в виде наночастиц размером 3-6 нм. На фиг. 2 приведены спектры плазмонного резонансного поглощения наночастиц серебра. Длина волны максимума поглощения (405 нм) характерна в соответствии с теорией М и для наночастиц малого размера. По данным фотон-корреляционной спектроскопии эффективный гидродинамический диаметр полученных наночастиц составляет 6 нм (n-усреднение). Полученное значение близко к диаметру, определенному просвечивающей электронной микроскопией (3 нм) (фиг. 3, 4). Разницу в 3 нм следует отнести к удвоенной длине молекулы АОТ, адсорсорбированной наночастицей. Зависимость плотности полученных органозолей от концентрации серебра приведена на фиг. 5.
Механизм предлагаемого эмульсионного синтеза детально не исследован. По-видимому, реагенты из микронных капель динамической обратной эмульсии переходят в нанометровые полости обратных мицелл дисперсионной среды, где и происходит их взаимодействие. Адсорбционный слой мицелл ограничивает рост наночастиц серебра и стабилизирует наночастицы по отношению к коагуляции.
Синтез проводят при комнатной температуре. В мицеллярный раствор поверхностно-активного вещества АОТ (бис-(2-этилгексил) сульфосукцината натрия) в н-декане при сильном перемешивании вначале вводят водный раствор азотнокислой соли серебра (AgNO3) (20% от объема мицеллярного раствора), а затем сразу такой же объем концентрированного восстановителя - гидразина. В сумме объем реагентов составляет 40 об.% от исходного объема мицеллярного раствора АОТ. В итоге реакционная смесь представляет собой динамическую обратную эмульсию с соотношением фаз вода/масло 1:2,5. Синтез ведут в течение 60 минут при интенсивном перемешивании; при этом эмульсия меняет цвет от бесцветной до темно-коричневого цвета (цвета чернил). Эмульсию оставляют на ночь до полного разделения фаз и центрифугируют на следующий день. Фазы разделяют, органическую перемешивают на магнитной мешалке в открытом стакане до полного испарения воды. Полученный органозоль наночастиц фильтруют; аликвоту органозоля разбавляют и анализируют спектрофотометрически на содержание серебра.
Электрофоретическое концентрирование. В обезвоженный органозоль вводят 1-2,5 об % дистиллированной воды (водная псевдофаза). Полученную микроэмульсию заливают в электрофоретическую ячейку с плоскопараллельными электродами конденсаторного типа и подвергают электрофорезу с целью дополнительного концентрирования и отделения наночастиц от побочных продуктов реакции. Полученный жидкий концентрат анализируют на содержание металла, определяют размер и регистрируют спектры поглощения наночастиц; измеряют плотности, вязкости и поверхностного натяжения - параметры, определяющие технологические характеристики полученного конечного концентрата-чернил.
Характеризация. Спектры поверхностного плазмонного резонанса наночастиц регистрировали спектрофотометром Shimadzu 1700. Размер наночастиц непосредственно в органозоле определяли методом фотон-корреляционной спектроскопии (ФКС, спектрометр NanoBrook Omni, США), а высушенных образцов - просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ). Использовали электронный микроскоп JEM-2010 с максимальным разрешением 0.2 нм на точку. Электрокинетический потенциал (дзета-потенциал) наночастиц серебра в органозоле после синтеза определяли на спектрометре NanoBrook Omni в опции PALS, производства Brookhaven, США. Вязкость органозолей определяли с помощью вискозиметра MicroVISC (ReoSense Inc, США). Поверхностное натяжение определяли, анализируя форму висящей капли на тензиометре OCA 15Pro (Dataphysics, Германия). Натяжение рассчитывалось по уравнению Юнга-Лапласа. Плотность измеряли взвешиванием известных объемов органозолей на аналитических весах ViBRA HTR-220CE (Sinko Denshi, Япония).
Получение проводящих пленок из конечного концентрата. Электропроводящие пленки получали двумя способами: термической и химической металлизацией [8. Булавченко А.И., Поповецкий П.С., Максимовский Е.А. Свойства проводящих пленок из электрофоретического концентрата наночастиц серебра и золота в АОТ // Журнал физической химии. - 2013, Т. 87. №10. - С. 1779-1784], нанесением концентрата методом spin coating.
Термическая металлизация представляет собой термолиз пленок высушенных концентратов на стеклянных подложках при температурах 200-250°С, а химическая - выдерживание пленок высушенных концентратов в водно-спиртовых растворах. Электрическое сопротивление полученных пленок измерялось с помощью цифрового мультиметра UT70A игольчатыми щупами, расположенными на расстоянии 2 см друг от друга. Пленка признавалась проводящей, если сопротивление между щупами не превышало 10 Ом.
Пример 1. В 20 мл 0,25 М раствора АОТ в н-декане при интенсивном перемешивании (500 об/мин) в течение 1 минуты по каплям вводится 4 мл раствора AgNO3 с концентрацией 0,3 моль/л, а затем аналогично добавляется 4 мл моногидрата гидразина (10 моль/л). Соотношение объемов фаз водные растворы реагентов:дисперсионная среда составило 1:2,5.
Отметим, что объемы реагентов в 40 раз превышают объемы, вводимые по способу-прототипу. Перемешивание продолжают в течение 60 минут. Эмульсию оставляют на ночь до полного разделения фаз и дополнительно центрифугируют на следующий день в течение 10 минут при скорости вращения 3000 об/мин. Фазы разделяют, органическую (20 мл) перемешивают на магнитной мешалке (500 об/мин) в открытом стакане в течение 3-х часов до полного испарения воды. Полученный обезвоженный органозоль наночастиц фильтруют через бумажный фильтр «желтая лента». Аликвоту органозоля разбавляют в 1000 раз, анализируют спектрофотометрически на содержание серебра и определяют гидродинамический диаметр. Длина волны максимума поглощения наночастиц составила 405 нм, молярный коэффициент поглощения 1.5×104 л/(см×моль), эффективный гидродинамический диаметр 6 нм (по ПЭМ 3 нм), концентрация серебра 0.048 моль/л (фиг. 6), а выход серебра после синтеза составил 80%.
Далее к органозолю постепенно при ручном встряхивании в пробирке добавляют 500 мкл (2.5 об.%) дистиллированной воды. Микроэмульсию оставляют на ночь, затем измеряют электрокинетический потенциал наночастиц (21 мВ) и заливают в электрофоретическую ячейку. Ячейка представляет собой кубическую стеклянную кювету с размером грани 4.5 см, в которой горизонтально расположены два медных плоскопараллельных электрода размером 4*4 см с межэлектродным зазором 1 см. Электрофорез проводили 1,5 часа при напряженности постоянного поля 600 В/см. После того, как жидкий концентрат скопился на нижнем электроде (аноде), электрическое поле отключили, и ячейку наклонили на один из углов, куда и стек весь концентрат. Концентрат отобрали пипеткой. Его объем составил 0,210 мл, концентрация серебра 4.3 моль/л, плотность концентрата 1,30 г/см3, поверхностное натяжение 23,6±0,4 мН/м, вязкость 1,265±0,0004 сП. Эффективный гидродинамический диаметр наночастиц в концентрате составил 6 нм (по ПЭМ 3 нм); длина волны максимума поглощения после электрофореза 405 нм. В результате объем концентрата увеличился на порядок по сравнению со способом-прототипом.
Пример 2 проводят аналогично примеру 1, но количество вводимой воды перед электрофорезом составляет 1,5 об.%. Электрофорез проводили 2 часа при напряженности постоянного поля 300 В/см. Полученный концентрат имел длину волны максимума поглощения такую же, как и в первом примере, объем концентрата составил 0,27 мл, концентрация 3,35 М, плотность 1,23 г/см3. Эффективный гидродинамический диаметр наночастиц в концентрате составил 5,9 нм.
Пример 3 проводят аналогично примеру 1, но количество вводимой воды перед электрофорезом составляет 2 об.%. Электрофорез проводили 2 часа при напряженности постоянного поля 400 В/см. Полученный концентрат имел длину волны максимума поглощения такую же, как и в первом примере, объем концентрата составил 0,28 мл, концентрация 3,27 М, плотность 1,20 г/см3. Эффективный гидродинамический диаметр наночастиц в концентрате составил 6,1 нм.
Все полученные электрофоретические концентраты отличаются высокой стабильностью по отношению к коагуляции, которая контролировалась в течение года периодическим измерением гидродинамического диаметра наночастиц и снятием спектров плазмонного поглощения. Данные параметры были постоянными. Более того, при полном высыхании растворителя в сухом пастообразном композите AOT-Ag при хранении в открытом сосуде в комнатных условиях наночастицы серебра также не подвержены коагуляции. Сухой композит самопроизвольно быстро и полностью редиспергируется в предельных углеводородах, бензоле, толуоле, хлороформе и четыреххлористом водороде даже после длительного (1 год) хранения. Концентрация серебра, размер наночастиц и спектры поглощения при этом не изменяются. Высокая стабильность по отношению к коагуляции позволяет использовать концентрат органозоля для получения устойчивых чернил-красок.
Из полученных концентратов органозоля получали электропроводящие пленки. По 20 мкл концентрата наносят на две стеклянные пластинки; после высыхания первую пластинку помещают в сушильный шкаф и прогревают 2 часа при температуре 200°C (термическая металлизация), вторую опускают на 5-10 секунд в 70%-ный раствор этанола (химическая металлизация). На фиг. 7 приведены микрофотографии СЭМ проводящих пленок, полученных химической металлизацией (1) и термолизом (2). Из них видно, что между наночастицами в результате проведения описанных процедур сформировались коагуляционно-кристаллизационные проводящие контакты. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (РНФ) в соответствии с Соглашением №15-13-00080 от 20.05.2015 г. между РНФ, руководителем проекта Булавченко А.И. и ИНХ СО РАН о предоставлении гранта на проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований.
Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000005
Figure 00000006

Claims (3)

1. Способ получения стабильного высококонцентрированного органозоля на основе наночастиц серебра для получения электропроводящих пленок, включающий стадию солюбилизации и стадию восстановления ионов серебра гидразином в дисперсионной среде 0,25 М раствора бис-(2-этилгексил) сульфосукцината натрия в н-декане, отличающийся тем, что исходные реагенты - азотнокислое серебро и гидразин - вводят в дисперсионную среду в режиме динамической обратной эмульсии, причем сначала вводят раствор азотнокислого серебра, при этом стадии солюбилизации и восстановления ионов серебра объединены в одну стадию, при соотношении объемов фаз водные растворы реагентов: дисперсионная среда равном 1:2,5 с последующим разделением фаз, органическую фазу обезвоживают, в обезвоженный органозоль вводят от 1,0 до 2,5 об.% от объема органозоля, воды и проводят электрофоретическое концентрирование при напряженности постоянного поля 300-600 В/см в течение 1,5-2 часов.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что при восстановлении используют 0,3 М раствор азотнокислого серебра и 10 М раствор гидразина.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что полученный концентрат органозоля с плотностью 1,1-1,3 г/см3 содержит 3-4,5 М серебра в виде наночастиц размером 3-6 нм.
RU2017120255A 2017-06-08 2017-06-08 Способ получения стабильных высококонцентрированных органозолей на основе наночастиц серебра для получения электропроводящих пленок RU2644176C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017120255A RU2644176C1 (ru) 2017-06-08 2017-06-08 Способ получения стабильных высококонцентрированных органозолей на основе наночастиц серебра для получения электропроводящих пленок

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017120255A RU2644176C1 (ru) 2017-06-08 2017-06-08 Способ получения стабильных высококонцентрированных органозолей на основе наночастиц серебра для получения электропроводящих пленок

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2644176C1 true RU2644176C1 (ru) 2018-02-08

Family

ID=61173504

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017120255A RU2644176C1 (ru) 2017-06-08 2017-06-08 Способ получения стабильных высококонцентрированных органозолей на основе наночастиц серебра для получения электропроводящих пленок

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2644176C1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8597397B2 (en) * 2005-01-14 2013-12-03 Cabot Corporation Production of metal nanoparticles
RU2505353C1 (ru) * 2012-07-20 2014-01-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ПРОСТОР" Способ получения коллоидного раствора
RU2532949C2 (ru) * 2008-05-16 2014-11-20 Байер Интеллектуэль Проперти Гмбх Печатная композиция для получения электропроводных покрытий на основе диспергируемых в воде частиц серебра, ее применение для получения электропроводных покрытий, способ получения токопроводящих дорожек и субстрат с электропроводным покрытием

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8597397B2 (en) * 2005-01-14 2013-12-03 Cabot Corporation Production of metal nanoparticles
RU2532949C2 (ru) * 2008-05-16 2014-11-20 Байер Интеллектуэль Проперти Гмбх Печатная композиция для получения электропроводных покрытий на основе диспергируемых в воде частиц серебра, ее применение для получения электропроводных покрытий, способ получения токопроводящих дорожек и субстрат с электропроводным покрытием
RU2505353C1 (ru) * 2012-07-20 2014-01-27 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "ПРОСТОР" Способ получения коллоидного раствора

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Поповецкий П.С. и др. Получение и физико-химические свойства гидрофобного концентрата наночастиц серебра. Оптический журнал, 2011, 78, 7, 67-72. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Synthesis and characterization of silver nanoparticles in AOT microemulsion system
Li et al. Formation and properties of paraffin wax submicron emulsions prepared by the emulsion inversion point method
Chen et al. Preparation of O/W Pickering emulsion with oxygen plasma treated carbon nanotubes as surfactants
Saha et al. Highly reproducible and sensitive surface-enhanced Raman scattering from colloidal plasmonic nanoparticle via stabilization of hot spots in graphene oxide liquid crystal
Panigrahi et al. Sugar assisted evolution of mono-and bimetallic nanoparticles
Zhang et al. Fluorescence quenching of CdTe nanocrystals by bound gold nanoparticles in aqueous solution
Liebig et al. A simple one-step procedure to synthesise gold nanostars in concentrated aqueous surfactant solutions
Kelly et al. Whiskey-phase exfoliation: exfoliation and printing of nanosheets using Irish whiskey
Halim et al. Water-dispersed semiconductor nanoplatelets with high fluorescence brightness, chemical and colloidal stability
Liang et al. Polyanion cluster patterning on polymer surface through microemulsion approach for selective adsorption of proteins
Guan et al. One-pot synthesis of size-tunable hollow gold nanoshells via APTES-in-water suspension
Zielińska et al. Microstructure and structural transition in microemulsions stabilized by aldonamide-type surfactants
Malassis et al. Dendronization-induced phase-transfer, stabilization and self-assembly of large colloidal Au nanoparticles
Shaparenko et al. Emulsion synthesis and electrophoretic concentration of gold nanoparticles in sodium bis (2-Ethylhexyl) sulfosuccinate solution in n-decane
RU2644176C1 (ru) Способ получения стабильных высококонцентрированных органозолей на основе наночастиц серебра для получения электропроводящих пленок
Bulavchenko et al. The formation of free ions and electrophoretic mobility of Ag and Au nanoparticles in n-hexadecane–chloroform mixtures at low concentrations of AOT
Popovetskiy et al. Silver nanoparticles stabilized by AOT and Tergitol NP-4 mixture: Influence of composition on electrophoretic concentration, properties of concentrated organosols and conductivity of films
Cuerva et al. Water-soluble hollow nanocrystals from self-assembly of AIEE-active Pt (II) metallomesogens
Popovetskiy Synthesis and characterization of silver nanoparticles in reverse micelles of nonionic surfactants and in their mixed micelles with AOT
Popovetskiy et al. Effect of the organic solvent polarity on the structure of the gold nanoparticle adsorption layer as observed by photon-correlation spectroscopy
Pourtabrizi et al. Dipole moment of excited and ground state of Auramine O doped nano-droplet
Crassous et al. Asymmetric self-assembly of oppositely charged composite microgels and gold nanoparticles
Popovetskiy et al. Electrophoretic mobility of silver nanoparticles stabilized with nonionic surfactant Ecosurf SA4: Origin of charged particles, concentration by electrophoresis and production of conductive coatings
Mishra et al. Self-assembly of Yttrium-containing lacunary polyoxotungstate macroanions in solution with controllable supramolecular structure size by pH or solvent content
Popovetskiy et al. Conductive coatings based on concentrated silver organosols stabilized with Tergitol NP4/Aerosol OT mixture