超声场下纳米铜胶体水溶液的一步法制备，其特征在于按如下步骤进行：Ａ）将配比好的二价铜盐及水溶性高分子表面活性剂溶于水中，并转移至三口烧瓶中，加热至６０－１００℃，并机械搅拌，混合均匀；Ｂ）将三口烧瓶置于超声振荡器中，超声场的频率在２０－５０ＫＨｚ，功率在２００－３５０Ｗ；Ｃ）向三口烧瓶中缓慢滴加含有还原剂的水溶液，反应完毕后，撤去加热和搅拌；Ｄ）继续超声振荡３０分钟，即可得到稳定的纳米铜胶体水溶液。本发明专利技术采用湿法化学方法，在超声场无需通保护气体的水溶液中直接制备纳米铜胶体，铜粒子粒径分布在１５－３５ｎｍ，纳米铜的抗氧化能力较强，且粒子的分散性好，粒径分布窄，工艺简单。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种纳米铜胶体水溶液的制备方法，具体采用湿法化学的方法，在超声场作 用下一步法直接制备纳米铜胶体水溶液。
技术介绍
近几年来，纳米铜胶体引起了许多领域科学家的极大兴趣，成为纳米材料理论与实验研 究的工具和对象，并在诸多领域获得广泛的应用。如纳米铜胶已用于光谱学的研究，它们在 表面增强拉曼光谱(SERS)研究上有广泛的应用。铜胶的电化学性质的研究表明，铜纳米颗粒 具有优良的电化学性质，并且利用它成功测出了单电子传递的库仑阶梯。铜纳米胶体还应用 于材料科学，适当掺杂铜纳米粒子可以改善材料本体的性质。此外，铜胶在光学、电子学(包括纳米电子学)以及生物学上也有着广泛的应用。目前随着纳米铜粒子的生产工艺逐渐成熟，它的应用也随之扩大。在其应用过程中，较突 出的问题是纳米铜粒子由于表面积大和表面能极高，在制备、后处理及应用过程中极易发生 粒子氧化、凝结、团聚、形成二次粒子，使颗粒粒径变大，从而失去所具备的性能。研究者们为了提高纳米铜粒子的分散性和稳定性，提出了一些有效的途径，主要为以下两种方法一种方法是采用两步法来制备纳米铜胶体溶液。在两步法中，第一步是制备纳米铜粒子(其中包括纳米铜的合成及储存过程中的抗氧化等)；第二步是将纳米铜粒子分散于水中， 通过添加适当的表面活性剂，并配合以搅拌、超声振荡或胶磨等物理手段，以利于纳米粒子 的分散及体系的稳定(如申请号为00135329. 2和01813035. 6的中国专利)。两步法程序虽然 较为简单，花费少，适用面比较广，但由于纳米铜粉具有巨大的比表面积，且活性较高，范 德华力的存在使得纳米粒子间易于团聚，特别是铜粉在储存过程中极易氧化，因此两步法较 难制备出单分散、高稳定的纳米铜胶体。另一种方法是一步法，即直接制备纳米铜胶体溶液的方法。 一步法可以采用物理方法， 如气相沉积法来制备纳米铜胶体，可稳定几天至一周左右；见Choi U.S. et al., Appl. Phys. Lett.， (2001) 79:2252，但该方法对设备的要求较高，产量小，费用高，不易于工业化推广；一 步法也可以采用湿法化学的方法制备。如材料科学与工程学报(2005) ，23:598;扬州大学 学报自然科学版(2002)， 5: 27;其主要缺点是粒度分布宽，纳米铜胶体水溶液的稳定性差， 铜粒子容易沉淀。
技术实现思路
本专利技术公开一种超声场下纳米铜胶体水溶液的一步法制备，其目的在于克服两步法制备 纳米铜胶体水溶液稳定性差，纳米铜粒子在制备、存储过程中易氧化，分散过程中硬团聚较 多；气相沉积法制备纳米铜胶体对设备的要求苛刻，产量小，费用高，以及单一采用湿法化 学方法制备纳米铜胶体水溶液粒度分布宽，稳定性差，铜粒子容易沉淀等问题。本专利技术提出在水溶液中，采用湿法化学的方法，在加热和机械搅拌的同时，外加超声场 分散作用， 一步法直接制备稳定的纳米铜胶体水溶液。该方法制备工艺简单，避免铜粉的团 聚和长大，纳米粒子的粒径分布窄，胶体的稳定性好。超声场下纳米铜胶体水溶液的一步法制备，其特征在于按如下步骤进行A) 将配比好的二价铜盐及水溶性高分子表面活性剂溶于水中，并转移至三口烧瓶中，加热至 60-100°C，并机械搅拌，混合均匀；B) 将三口烧瓶置于超声振荡器中，超声场的频率在20-50KHz，功率在200-350W;C) 向三口烧瓶中缓慢滴加含有还原剂的水溶液，反应完毕后，撤去加热和搅拌；D) 继续超声振荡30分钟，即可得到稳定的纳米铜胶体水溶液。所述的水溶性高分子表面活性剂为聚乙烯吡咯垸酮、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇或聚甲基丙 烯酸铵中的一种或复合物。对于浓度高的纳米铜胶体水溶液，滴加还原剂采用两步法，即先滴加弱还原剂，用于纳 米铜粒子的成核阶段，后滴加强还原剂，以使铜离子还原完全。二价铜盐为氯化铜，硫酸铜，硝酸铜或乙酸铜；还原剂为硼氢化钾、柠檬酸三钠、抗坏 血酸或次亚磷酸钠中的一种或两种。该方法可在未通惰性气体保护的条件下制备稳定的纳米铜胶体，适用面广泛。本专利技术将超声场的作用引入湿法化学胶体制备过程，超声波在反应溶液中疏密相间的向 前辐射，使液体流动而产生微小气泡，这些气泡在超声波纵向传播的负压区形成、生长，而 在正压区迅速闭合，在这种被称之为"空化"效应的过程中，气泡闭合可形成几百度的高温 和超过1000个气压的瞬间高压。超声场所形成的"空化"效应一方面能为还原反应的进行提 供能量，使铜粒子快速成核，同时能控制溶液中铜粒子成核后的长大过程，减少团聚，使粒 径分布较为窄，同时制备的纳米铜胶体水溶液体系稳定。本专利技术的优点和积极效果是采用湿法化学方法，在超声场无需通保护气体的水溶液中 直接制备纳米铜胶体，保存稳定性优良，铜粒子粒径分布在15-35nm，纳米铜的抗氧化能力较强，且粒子的分散性好，粒径分布窄，工艺简单。 附图说明图1为纳米铜粒子的透射电镜照片；图2为纳米铜粒子的粒径分布；图3为纳米铜晶格的高分辨透射电镜照片。由图1及图2说明铜粒子的分散性很好，没有粘连现象，并且分布均匀，粒径分布在15-35nm。图3说明铜粒子的结晶性较好，晶格间距为0.21nm，晶体为面心立方结构。具体实施方式 实施例l:将0. 025g五水硫酸铜及聚乙烯吡咯烷酮PVPK-30 0. 2g(平均分子量40,000 )溶于100ml 水中，并转移至三口烧瓶中，搅拌混合均匀，同时外加40KHz， 200W超声场，缓慢滴加含有 NaH2P02H20 (0. 04g)的水溶液，加热至85'C，反应2小时后，撤去加热和搅拌，继续超声30 分钟，即可得到稳定的浅黄色纳米铜胶体水溶液。 实施例2:将0. 20g —水合乙酸铜及聚甲基丙烯酸钠0. 3g (平均分子量30，000，000)溶于100ml水 中，并转移至三口烧瓶中，搅拌混合均匀，同时外加60KHz， 250W超声场，缓慢滴加含有抗 坏血酸(1.41g)的水溶液，加热至6(TC，反应4小时后，撤去加热和搅拌，继续超声30分钟， 即可得到稳定的红色纳米铜胶体水溶液。 实施例3:将lg五水硫酸铜及聚乙烯吡咯烷酮PVPK-30 lg (平均分子量40,000)溶于100ml水中， 并转移至三口烧瓶中，搅拌混合均匀，同时外加40KHz， 200W超声场，常温下缓慢滴加含有 抗坏血酸(5.64g)的水溶液，回流反应6小时后，撤去搅拌和加热装置，继续超声30分钟， 即可得到稳定的黑色纳米铜胶体水溶液。实施例4:将0. 25g五水硫酸铜及聚乙烯吡咯烷酮PVPK-30 0. 5g (平均分子量40,000)溶于100ml 水中，并转移至三口烧瓶中，搅拌混合均匀，同时外加40KHz， 200W超声场，常温下缓慢滴 加含有KBH4(0.21g)的水溶液，反应1小时后，撤去搅拌，继续超声30分钟，即可得到稳定 的红色纳米铜胶体水溶液。实施例5:将0. 17g 二水合氯化铜及聚丙烯酰胺(平均分子量3,000,000) 0. 5g溶于100ml水中，并 转移至三口烧瓶中，搅拌混合均匀，同时外加40KHz， 600W超声场，回流下缓慢滴加含有二 水合柠檬酸三钠(l. 18g)的水溶液，反应4小时后，撤去加热和搅拌，继续超声30分钟，即可 得到稳定的红色纳米铜胶体水溶液。 实施例6:将0.本文档来自技高网...
【技术保护点】
超声场下纳米铜胶体水溶液的一步法制备，其特征在于按如下步骤进行：Ａ）将配比好的二价铜盐及水溶性高分子表面活性剂溶于水中，并转移至三口烧瓶中，加热至６０－１００℃，并机械搅拌，混合均匀；Ｂ）将三口烧瓶置于超声振荡器中，超声场的频率在２０－５０ＫＨｚ，功率在２００－３５０Ｗ；Ｃ）向三口烧瓶中缓慢滴加含有还原剂的水溶液，反应完毕后，撤去加热和搅拌；Ｄ）继续超声振荡３０分钟，即可得到稳定的纳米铜胶体水溶液。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：于伟，谢华清，
申请(专利权)人：上海第二工业大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]
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