合成形貌可控的纳米银的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种微流控反应装置及使用该装置合成形貌可控的纳米银的方法，属于纳米银制备技术领域。该装置由3D打印机制作，通过COMSOL多物理场耦合模拟软件优化装置的结构尺寸。本发明专利技术以AgNO3作为水相，液体石蜡作为油相，NaBH4作为还原剂，PVP作为保护剂，通过优化各种反应参数，并结合该装置合成纳米银，达到精确控制纳米银的形貌及粒径分布的目的。本发明专利技术制备的纳米银的多分散指数为0.01，粒径分布的均一性非常好。的均一性非常好。的均一性非常好。

【技术实现步骤摘要】
合成形貌可控的纳米银的装置及方法


[0001]本专利技术属于纳米银制备
，具体涉及一种3D打印的微流控反应装置及使用该装置合成形貌可控的纳米银的方法。

技术介绍

[0002]纳米粒子(nanoparticles,NPs)是指在三维空间中至少一维处于纳米尺寸的微粒。由于小尺寸效应，NPs具有独特的光、热、电、磁等物理和化学性质，在催化、导电和化学传感等领域得到了广泛应用。NPs的化学组成、表面性质、形貌粒径、晶体构型、分散程度都决定了其应用性能。因此，精确控制合成过程中的每一步骤至关重要。然而，常规的批合成方法存在着粒径、形貌和质量的重现性差、无法实时监控合成过程、优化合成装置和条件的成本高等缺点，不利于纳米材料性能的提升。与传统的反应器相比，微流控体系的合成方法具有以下突出优势：(1)比表面积大的微通道可以加强传质传热速率，合成的产率更高，副反应少；(2)易精确控制合成条件、实现原位监测且试剂消耗量少；(3)多通道并行可成倍地提高反应通量，易扩展到实际生产。因此，与常规批合成方法相比，基于微流体装置的合成方法有望更精确地调控所合成NPs的大小、组成、形态和粒径分布，并进行高通量智能化筛选合成。虽然基于层流微流体芯片的合成技术较为成熟，但其混合效率较低且抛物型的流体易造成通道接触面产生沉淀而堵塞通道。基于微流控技术生成的微液滴作为一个封闭的反应容器，液滴的四周都是不相溶的流体，减少了反应物的浓度弥散，使液滴内的固体反应产物不会与通道接触，因此，既不会发生通道的堵塞，又防止了交叉污染，并具有更窄的粒径分布范围。此外，液滴内部的循环流也提高了混合效率，缩短了反应时间。通过调控两相流速和合成温度，即可合成不同形貌、尺寸和粒径分布的NPs，已被应用到磁球、硅球、中空微球、量子点、金属有机框架化合物、Janus和贵金属等NPs的合成。
[0003]据统计，2015年全球有1600余种商品中添加了NPs，其中约1/4的产品明确表明含有抗菌性优良的Ag NPs。目前已报道T型和流动聚焦型结构的聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)芯片设计，通过产生单分散液滴合成Ag NPs。然而，PDMS芯片所依赖的传统模塑法，其工艺较为复杂且设备成本较高，越来越多的研究者开始直接利用商品化配件的微通道进行微流体装置的拼接，例如聚全氟乙丙烯管和三通接口、石英毛细管和聚四氟乙烯管，但是这些装置都依赖于购买到合适尺寸的商品化部件。3D打印是一种以计算机三维设计数字模型文件为基础，运用特殊可粘合材料逐层打印且快速成形构造物体的新技术。该技术最突出的优点是无需任何模具或过多机械修饰，只需在设计完成后就能直接生成任意形状的物体，相比于其它微加工技术，极大地降低了微流控芯片的技术门槛和加工成本，满足个性化定制的需求。在借助微流控技术合成单分散NPs领域也有了一些初步的应用，例如，Vini Singh在《3D
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printed device for synthesis of magnetic and metallic nanoparticles》(Journal of Flow Chemistry,2021,11:135
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142)中公开了一种低成本且可生物降解的3D打印设备，利用熔融沉积成型(FDM)工艺设计制作了基于T型通道的3D打印芯片，以十八烯作为油相，以还原剂柠檬酸钠和前驱体AgNO3作为水相，得
到了粒径为4.1
±
1nm的Ag NPs。但是其制备的Ag NPs的多分散指数(Polydiseperse Index，PDI)为0.06，粒径分布的均一度还有待改善。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供了一种3D打印的微流控反应装置，及使用该装置合成形貌可控的纳米银(Ag NPs)的方法。该方法以AgNO3作为水相，液体石蜡作为油相，NaBH4作为还原剂，PVP作为保护剂，通过优化各种反应参数以适配该微流控反应装置，实现了精确控制Ag NPs的形貌及粒径分布的目的。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术具体采用如下技术方案：
[0006]一种微流控反应装置，所述微流控反应装置包含第一管道、第二管道、第三管道、第四管道、第五管道、第六管道、第七管道和第八管道；所述第一管道的一端与所述第二管道的一端均与所述第三管道垂直连通，且所述第一管道与所述第二管道同轴设置；所述第三管道一端与所述第四管道的一端连通，另一端与所述第五管道的一端连通；所述第四管道的另一端和所述第五管道的另一端均与所述第六管道的一端连通，所述第六管道的另一端为第一入口；所述第七管道的一端为第二入口，另一端与所述第二管道的另一端连通；所述第八管道的一端为第三入口，另一端与所述第二管道的另一端连通；所述第一管道的另一端为出口。
[0007]优选的，所述第一管道、第二管道、第三管道的内径均为0.8～1.4mm；所述第一管道、第二管道、第三管道的连通处构成“十”字型结构，且所述第一管道、第二管道、第三管道均在连通处向所述“十”字型结构的交叉点收缩，每个管道的内径均由0.8～1.4mm收缩至0.6～1.2mm，收缩的长度为0.3～10mm；进一步优选每个管道的内径均有0.8mm收缩至0.6mm，收缩的长度为0.3mm。
[0008]优选的，所述第一管道的长度为2～10mm；进一步优选所述第一管道的长度为6mm。
[0009]优选的，所述第六管道、第七管道、第八管道的内径均为0.8～1.4mm；进一步优选所述第六管道、第七管道、第八管道的内径均为0.8mm。
[0010]优选的，所述第四管道、第五管道的内径均为0.8～1.4mm；进一步优选所述第四管道、第五管道的内径均为0.8mm。
[0011]使用上述装置合成形貌可控的纳米银的方法，包括以下步骤：
[0012]S1、配制反应溶液：配制含5v/v％Span 80的石蜡作为油相；以不含溶解氧的冰水配制NaBH4溶液作为水相I；以含0.025mol/L EDTA的超纯水配制含AgNO3和PVP的溶液，然后调节溶液pH＝10，作为水相II；
[0013]S2、室温下，分别用三个注射器吸取油相、水相I、水相II后置于三个注射泵上，将含油相的注射器、含水相I的注射器、含水相II的注射器分别与所述微流控反应装置的第一入口、第二入口、第三入口相连接；启动注射泵，控制油相、水相I、水相II的流量，待生成稳定的液滴后，将收集管置于所述微流控反应装置的出口处收集生成的液滴；
[0014]S3、关闭注射泵，将步骤S2中收集的液体在8000～11000rpm速度下离心5～20min，倒掉上层油相后加入丙酮；重复前述离心、加丙酮的步骤若干次，最后一次离心倒掉油相后加入超纯水，得到纳米银溶液。
[0015]优选的，所述水相II中PVP的浓度为0.30～4.5g/L；进一步优选所述水相II中PVP
的浓度为0.30～3.0g/L，最优选为3.0g/L。
[0016]优选的，NaBH4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微流控反应装置，其特征在于，所述微流控反应装置包含第一管道、第二管道、第三管道、第四管道、第五管道、第六管道、第七管道和第八管道；所述第一管道的一端与所述第二管道的一端均与所述第三管道垂直连通，且所述第一管道与所述第二管道同轴设置；所述第三管道一端与所述第四管道的一端连通，另一端与所述第五管道的一端连通；所述第四管道的另一端和所述第五管道的另一端均与所述第六管道的一端连通，所述第六管道的另一端为第一入口；所述第七管道的一端为第二入口，另一端与所述第二管道的另一端连通；所述第八管道的一端为第三入口，另一端与所述第二管道的另一端连通；所述第一管道的另一端为出口。2.根据权利要求1所述的一种微流控反应装置，其特征在于，所述第一管道、第二管道、第三管道的内径均为0.8～1.4mm；所述第一管道、第二管道、第三管道的连通处构成“十”字型结构，且所述第一管道、第二管道、第三管道均在连通处向所述“十”字型结构的交叉点收缩，每个管道的内径均由0.8～1.4mm收缩至0.6～1.2mm，收缩的长度为0.3～10mm。3.根据权利要求1所述的一种微流控反应装置，其特征在于，所述第一管道的长度为2～10mm。4.一种合成形貌可控的纳米银的方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、配制反应溶液：配制含5v/v％Span 80的石蜡作为油相；以不含溶解氧的冰水配制NaBH4溶液作为水相I；以含0.025mol/L EDTA的超纯水配制含AgNO3和PVP的溶液，然后调节溶液pH＝10，作为水相II；S2、使用权利要求1～3任一项所述的微流控反应装置合成纳米银：室温下，分别用三个注射器吸取油...

【专利技术属性】
技术研发人员：余筱筱，朱常省，李诗雨，苏瑞博，袁诗懿，
申请(专利权)人：湖北师范大学，
类型：发明
国别省市：