一种具有万能分散特性银纳米颗粒的制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种具有万能分散特性的银纳米颗粒制备方法及其应用。本发明专利技术通过一步电化学沉积工艺十分方便地制备出了能任意地分散在水相，油相，甚至是生物液体等复杂环境中的银纳米颗粒。以电化学方式锚定在纳米颗粒表面的阴离子基团能够感应并重新调整取向以适应周围的液体环境。这种“智能”纳米粒子可以在电解液中连续电沉积生成。本方法打破了传统电沉积方法限制沉积物在电极表面的局限，实现了纳米颗粒的高效制备，同时构建了全自动电沉积设备验证了纳米颗粒连续化制备过程的实际应用性。“智能”银纳米颗粒具有优异的胶体稳定性，因此也具有极强的抗菌效果，可根据所需应用于各种实际场所(如家具木头等粗糙微孔表面)。面)。

【技术实现步骤摘要】
一种具有万能分散特性银纳米颗粒的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种新型颗粒材料，特别涉及一种具有万能分散特性的银纳米颗粒及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]在连续的液体介质中由分散的纳米粒子组成的胶体溶液在光电器件、自组装、传感和生物医学领域具有重要的应用价值。一般的，纳米颗粒表面需被大分子、其他粒子或离子包裹，以增加胶体纳米颗粒对溶剂的亲和力以及颗粒之间的排斥力，从而形成稳定的胶体。带电纳米粒子之间的静电斥力对于在极性溶剂中形成稳定的胶体至关重要，而当处于非极性溶剂环境下的纳米粒子，其周围的双电层极易坍塌导致发生絮凝。将烷烃链(或表面配体)修饰在纳米颗粒表面能够增加纳米粒子在非极性溶剂中颗粒间的排斥力，形成空间稳定的纳米胶体，而当处于极性环境下时，颗粒表面配体倾向于收缩从而导致纳米颗粒易聚集沉淀。因此，在纳米颗粒表面接枝特定类型的配体也只能使其在一定的溶剂范围内分散，或者说这类纳米粒子存在一定的分散极限。扩大纳米颗粒可分散溶剂类型的折中办法是，同时在纳米颗粒不同部位锚定修饰上不同性质的表面配体或者具有复杂结构的配体(如两亲性配体)，然而，由于配体的构象结构变化程度有限，所以该折中的办法也只能略微的扩大纳米颗粒分散溶剂的类型。因此，人们期望寻找一种简单的纳米颗粒制备方式，同时能实现纳米颗粒在任意相中的自然分散。

技术实现思路

[0003]本专利技术要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种具有万能分散特性的银纳米颗粒及其制备方法与应用。
[0004]本专利技术所提供的技术方案为：
[0005]一种具有万能分散特性的银纳米颗粒，所述的银纳米颗粒表面化学键合有阴离子基团，所述阴离子基团的结构式为：(C
n
H
2n+1
—R)
—
，其中C
n
H
2n+1
为烷烃链，n≥10，R为酸根离子，酸根离子与银盐溶液混合可形成微溶性或难溶性的盐。优选地，n≤18。
[0006]所述银纳米颗粒的分散介质可以为油相、水相或生物液体。由于阴离子基团通过酸根离子化学键合固定在银纳米颗粒上，另一端的烷烃链会通过感应周围液体而自适应的发生旋转以适应周围的环境。在水相环境下，由于烷烃链的疏水性，会倾向于贴近纳米颗粒表面，而将酸根离子头部暴露出来，形成纳米颗粒之间的静电斥力效果，使得纳米颗粒能在溶剂体系下稳定分散。在有机溶剂(油相)环境下，烷烃链会倾向于伸向有机溶剂环境内，从而使得纳米颗粒通过空间位阻的效果实现有机溶剂体系下的稳定分散，具有万能分散特性，且均能保持数月时间以上的稳定性，即使施加外部温度变化(如升温至90℃或是进行冷冻溶解)，或添加无机盐(如硝酸钠)，原胶体溶液依然能保持较好的稳定性。
[0007]进一步地，上述的有机溶剂可以为任意有机溶剂，如链烷烃、烯烃、醇、醛、胺、酯、醚、酮、芳香烃、氢化烃、萜烯烃、卤代烃、杂环化物、含氮化合物及含硫化合物等，浓度可以
为任意浓度。上述生物液体为人的血浆等，浓度为正常人血浆浓度的百分之6.67。
[0008]一种所述的具有万能分散特性的银纳米颗粒的制备方法，该方法为：
[0009]以含有银离子和阴离子表面活性剂的水溶液作为电解液进行电沉积，其中所述银离子与阴离子表面活性的摩尔比小于等于1，阴离子表面活性剂中的酸根离子与银盐溶液混合可形成微溶性或难溶性的盐。电沉积电压为10V及以上。
[0010]在由银离子和阴离子表面活性剂组成的电解质溶液中电沉积银纳米颗粒，与传统电沉积只沉积在电极表面上不同，这里的银纳米颗粒会从电极上不断的喷射到电解质溶液中，形成黄色雾状轨迹，这是由于阴离子表面活性剂在电解质溶液中与银离子有很强的相互作用(例如十二烷基硫酸根和银)，当银离子在阴极电极表面被还原为小的银纳米颗粒时，来自阴离子表面活性剂的酸根离子头部会被固定在银纳米颗粒上，使得银颗粒表面带上负电荷，从而形成与阴极表面之间的静电斥力效果，再加上电极表面产生并脱离的气泡(氢气，氧气)对小的银颗粒形成了剪切作用力，同时纳米颗粒与电极表面还存在黏附作用力，从而在纳米颗粒上形成了三种主要作用力的竞争关系。当电极电压增大以及增大阴离子表面活性剂浓度，均会增加纳米颗粒所受到的静电斥力，使得形成的银纳米颗粒能迅速脱离电极表面，在纳米颗粒长大之前就直接喷射向体相溶液之中，形成稳定的胶体分散体系。
[0011]进一步地，上述电沉积体系中，以任意导电材料作为阴极，以碳棒作为阳极。优选地，所述的阴极材料包括碳棒，铝箔片等。
[0012]进一步地，所述电沉积电压越大，银纳米颗粒尺寸越小。
[0013]进一步地，所述银离子与阴离子表面活性的摩尔比为1:1～10。电沉积电压为10V～100V。
[0014]进一步地，所述阴离子表面活性剂为癸基硫酸钠，十二烷基硫酸钠，十二烷基磺酸钠，十六烷基硫酸钠等中的一种或多种按任意比例混合组成。所述银盐溶液为硝酸银溶液，醋酸银溶液等中的一种或多种按任意比例混合组成。
[0015]进一步地，金属盐溶液为硝酸银溶液，阴离子表面活性剂为十二烷基硫酸钠，电沉积电压为30V。
[0016]进一步地，将电沉积制备获得的转移分散银纳米颗粒形成各种环境下的胶体溶液的方法为：将电沉积出来的银胶体溶液静置10min，取上清液置于离心机中，在18000rpm的转速下离心10分钟，小心移除上清液，向底部沉淀中加入相应的分散介质，置于超声机中超声5min，即得到对应的胶体分散体系。
[0017]进一步地，基于该银纳米颗粒的制备方法及万能分散特性，可以预见，可用连续制备装置来对纳米颗粒进行连续制备：
[0018]该连续制备纳米颗粒装置主要由四部分组成，第一部分为电解槽，用于直接在体相溶液中合成纳米颗粒并形成胶体溶液体系。第二部分是水泵，用于将形成的液相胶体溶液转移到抽滤设备中。第三部分是抽滤设备，用于将液体部分滤下，截留住纳米颗粒部分于超滤膜上。第四部分是回流装置，用于将过滤的电解液部分回流到原电解槽中用于进一步的电沉积。依此循环往复。
[0019]进一步地，所述银纳米颗粒可以应用于杀菌、光电器件制备、3D打印、胶体化学中。
[0020]其中，用作杀菌领域的具体应用为：本专利技术的万能分散银纳米颗粒可用于抵抗各
类细菌鞭毛上所分泌出来的鞭毛蛋白所引起的团聚作用，鞭毛蛋白浓度为2.5μg/ml以下。电沉积制备的万能分散银纳米颗粒更有利于银纳米颗粒进入到细菌内部产生杀菌效果的作用，对各类常见细菌的最小抑菌浓度(MIC)和最小杀菌浓度(MBC)值均比传统湿化学制备的银纳米颗粒的MIC和MBC值低10倍以上。进一步地，本专利技术的万能分散银纳米颗粒可分散在各类有机溶剂中，从而用于喷洒浸润到各种材料表面，按需分散的银纳米颗粒能够更好的渗透到各种材料内部，从而达到长期、稳定、高效的杀菌效果。
[0021]上述的细菌包括：金黄色葡萄球菌，屎肠球菌，肺炎链球菌，李斯特氏菌，纽波特沙门氏菌，鼠伤寒沙门氏菌，肠炎沙门氏菌，铜绿假本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有万能分散特性的银纳米颗粒，其特征在于，所述银纳米颗粒表面化学键合有阴离子基团，所述阴离子基团的结构式为：(C
n
H
2n+1
—R)
—
，其中C
n
H
2n+1
为烷烃链，n≥10，R为酸根离子，酸根离子与银盐溶液混合可形成微溶性或难溶性的盐。2.根据权利要求1所述的银纳米颗粒，其特征在于，所述银纳米颗粒的分散介质为油相、水相或生物液体。3.一种权利要求1
‑
2任一项所述的具有万能分散特性的银纳米颗粒的制备方法，其特征在于，该方法为：以含有银离子和阴离子表面活性剂的水溶液作为电解液进行电沉积，具有万能分散特性的银纳米颗粒直接在阴极表面生成并喷射到溶液体相环境中并均匀分散。其中所述银离子与阴离子表面活性的摩尔比小于等于1，阴离子表面活性剂中的酸根离子与银盐溶液混合可形成微溶性或难溶性的盐。电沉积电压为10V及以上。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，以任意导电材料作为阴极，以碳棒作为阳极。5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述电沉积...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨士宽，刘悦，赵丽妍，彭娜，乐敏，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：