制造金属纳米颗粒的方法以及由此制造的金属纳米颗粒技术

本发明专利技术涉及一种制造金属纳米颗粒的方法以及由该方法制成的金属纳米颗粒，尤其涉及包括如下步骤的制造金属纳米颗粒的方法：制备含有分散稳定剂和极性溶剂的第一溶液；制备含有金属前体和极性溶剂的第二溶液；以及将所述第二溶液分成至少２次加入到所述第一溶液中。根据本发明专利技术，可以通过控制反应使用少量的分散稳定剂高效率地制造尺寸均匀且均质的金属纳米颗粒。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及制造金属纳米颗粒的方法和由该方法制造的金属纳米颗粒，尤其涉及高产率地制造尺寸均匀并均质的金属纳米颗粒的方法以及由此方法制造的金属纳米颗粒。
技术介绍
在金属纳米颗粒的制造中，有化学制造法、机械制造法以及电制造法。由于在研磨时使用机械粉末的机械法中夹带有杂质，难以合成高纯度和尺寸均匀的纳米颗粒。至于采用电解的电制造法，由于生产时间长并且所制造的颗粒的浓度低，所以生产效率低。其中，有两种主要的制造金属纳米颗粒的化学方法，即，气相法和胶体法(溶胶法)。但是，由于使用等离子体或气体蒸发的气相法需要非常昂贵的设备，通常采用可以在低成本下合成尺寸均匀的颗粒的胶体法。通过胶体法制造金属纳米颗粒的一种现有的方法是在极性溶剂中离解金属化合物并且采用还原剂或表面活性剂以制造水溶胶形式的金属纳米颗粒。但是，在这种方法中，所用的分散稳定剂的种类是有限的。例如，据报道含有柠檬酸盐的单分子分散稳定剂只有在纳米颗粒的尺寸为几nm或更小而且颗粒浓度低时才表现出分散稳定性。大分子分散稳定剂PVP可以在极性溶剂中稳定地分散几十nm的纳米颗粒，但是其必须在十权重因子(ten weight factor)的浓度下或者在比银前体的浓度更高的浓度下使用以便获得均质的颗粒，即，球体。而且，存在这样的问题必须增大反应批次(reaction batch)的大小而每批次中所制造的颗粒的量下降。
技术实现思路
本专利技术提供一种制造金属纳米颗粒的方法，通过该方法使用极性溶剂如多元醇和少量的分散稳定剂可以高产率地制造大小均匀、均质的(isotropic)金属颗粒。此外，本专利技术提供由包括如下步骤的方法制造的金属纳米颗粒制备含有分散稳定剂和极性溶剂的第一溶液；制备含有金属前体和极性溶剂的第二溶液；以及分至少两次将第二溶液加入到第一溶液中。附图说明结合以下附图，由下文中的具体实施方式的描述，本专利技术的这些和/或其它方面以及优点将变得显而易见并且更容易理解。图1是示出当一次性地将含有金属前体的溶液(第二溶液)加入到含有分散稳定剂的溶液(第一溶液)中时分散稳定剂和金属离子的浓度变化的曲线图(virtual graph)。图2是示出当分两次将含有金属前体的溶液(第二溶液)加入到含有分散稳定剂的溶液(第一溶液)中时分散稳定剂和金属离子的浓度变化的曲线图。图3是示出当分几次将含有金属前体的溶液(第二溶液)加入到含有分散稳定剂的溶液(第一溶液)中时分散稳定剂和金属离子的浓度变化的曲线图。图4是根据本专利技术的实施例1制造的金属纳米颗粒的SEM图像。图5是根据本专利技术的实施例2制造的金属纳米颗粒的SEM图像。图6是根据本专利技术的实施例3制造的金属纳米颗粒的SEM图像。图7是根据本专利技术的实施例4制造的金属纳米颗粒的SEM图像。图8是根据本专利技术的实施例5制造的金属纳米颗粒的SEM图像。具体实施例方式本专利技术的一个方面可以提供制造金属纳米颗粒的方法，其包括制备第一溶液，其含有分散稳定剂和极性溶剂；制备第二溶液，其含有金属前体和极性溶剂；以及将第二溶液分成至少两次加入到第一溶液中。根据本专利技术的具体实施方式，分散稳定剂可以是一种或多种选自由聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、多元酸及其衍生物组成的组中的化合物。此处，多元酸可以是一种或多种选自由聚丙烯酸、聚马来酸、聚甲基丙烯酸甲酯、聚(丙烯酸-共-甲基丙烯酸)、聚(马来酸-共-丙烯酸)、以及聚(丙烯酰胺-共-丙烯酸)组成的组中的化合物，衍生物可以是一种或多种选自由多元酸的钠盐、钾盐和铵盐组成的组中的化合物。金属前体可以是一种或多种选自由AgNO3、AgBF4、AgPF6、Ag2O、CH3COOAg、AgCF3SO3、AgClO4、AgCl、Ag2SO4、CH3COCH＝COCH3Ag、Cu(NO3)2、CuCl2、CuSO4、C5H7CuO2、NiCl2、Ni(NO3)2、NiSO4和HAuCl4组成的组中的金属盐。用于制备第一溶液和第二溶液的极性溶剂可以独立地为一种或多种选自由水、醇和多元醇组成的组中的溶剂。此处，醇可以是一种或多种选自由甲醇、乙醇、1-丙醇、异丙醇、1-丁醇、2-丁醇、异丁醇、己醇以及辛醇组成的组中的醇。多元醇可以是选自由甘油、二醇、乙二醇、二甘醇、三甘醇、丁二醇、四甘醇、丙二醇、聚乙二醇、聚丙二醇、1，2-戊二醇以及1，2-己二醇组成的组中的一种或多种多元醇。根据本专利技术，基于100重量份的分散稳定剂可以混入第一溶液的极性溶剂200至10000重量份，基于100重量份的金属前体可以混入第二溶液的极性溶剂150至100000重量份。根据本专利技术的第一溶液可以进一步包含一种或多种选自由Cu(II)、Cu(I)、Fe(III)和Fe(II)组成的组中的固体催化剂。此处，基于100重量份的金属前体混入1至10重量份的固体催化剂。此外，根据本专利技术的第二溶液可以进一步含有一种或多种选自由二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基亚砜(DMSO)、NaBH4、LiBH4、硼氢化四丁铵、N2H4及其混合物组成的组中的还原剂。此处，基于100重量份的金属前体混入1至10重量份的还原剂。向第一溶液中加入第二溶液的速度是相对1摩尔的分散稳定剂每分钟(加入)0.001到1摩尔的金属前体。同时，向第一溶液中加入第二溶液在120～190℃下进行。制造本专利技术的金属纳米颗粒的方法可以进一步包括在加入步骤之后用有机溶剂洗涤第二溶液和第一溶液的混合物；以及通过对第二溶液和第一溶液的混合物进行离心分离获得金属纳米颗粒。本专利技术的另一方面可以提供由该方法制造的金属纳米颗粒。此处，与金属纳米颗粒结合的分散稳定剂的含量可以为2wt％～8wt％。下面，将结合附图对根据本专利技术制造金属纳米颗粒的方法以及由该方法制造的金属纳米颗粒进行详细描述。对于制造高浓度下的尺寸均匀的金属纳米颗粒，金属前体、分散稳定剂、溶剂以及附加的还原剂的选择都是很重要的。这些组分的组合、反应温度和反应时间对成核和纳米颗粒的生长具有一定影响。根据成核和生长的模式，在初始阶段生成的具有小于临界值尺寸的晶核是不稳定的并且再度溶解到溶剂中；但是尺寸大于临界值的晶核是稳定的，由此发生成核现象。临界值通常是根据前体和分散剂的量来确定的。根据这个理论，大量的前体使得随着反应进行在初始阶段形成尺寸均匀的颗粒；由于前体的浓度降低，所以粒度分布的程度变得越来越大(Alivisatos等人，the Nature 2005)。因此，为了制造尺寸均匀的颗粒，认为在反应中前体浓度以及前体与分散稳定剂的比例是重要的。此外，Xia等人的关于合成银纳米颗粒的研究已经表明初始的成核对最终所制造的颗粒的形状具有很大的影响。即，只有当纳米颗粒在初始成核阶段具有近似球体的形状时才能够形成球体形状的纳米颗粒。此时，可以看出，分散稳定剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)相对银前体的摩尔比例必须大于10因数(10倍)，通过使用因数大于15的PVP最终形成非均质的颗粒(Xia et al，theChem.Eur.J.2005)。如前面所述，为了制造球形和尺寸均匀的金属纳米颗粒，要求使用大量的分散稳定剂，这导致反应批次的尺寸的增加，从而每个反应批次合成颗粒的产率降低。因此，本专利技术者尝试提供一种通过在分散剂和金属前体的混合中控制反应而高效率地制造尺寸均匀且均质的金属纳米颗粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制造金属纳米颗粒的方法，其包括：制备第一溶液，其含有分散稳定剂和极性溶剂；制备第二溶液，其含有金属前体和极性溶剂；以及将所述第二溶液分成至少２次加入到所述第一溶液中。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：李贵钟，全炳镐，赵惠真，
申请(专利权)人：三星电机株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]