纳米银的制备及应用

论

与综述纳米银的制备及应用陈国杰,宫永纯,马 涛

(沈阳工业大学高等职业技术学院,辽宁辽阳111003)

摘 要: 金属纳米材料是纳米材料的一个重要方面,近几年,纳米银因其有着特殊应用成为金属材料研究的热点。综述了纳米银的制备方法及其应用。

关 键 词: 纳米银;制备;应用

中图分类号: TB383 文献标识码: A 文章编号: 1004 0935(2008)09 0618 03

纳米技术是21世纪最有前途的新兴技术,广泛应用于信息、生物、医药、化工、航天、能源和国防等领域,具有巨大的市场潜力。纳米粒子是指直径在1~100nm之间的粒子,也称为超微粒子。纳米材料的优异性能取决于其独特的微观结构。纳米粒子具有小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应,因而显示出不同于常规材料的热、光、电、磁、催化和敏感等特性。

纳米银材料具有很稳定的物理和化学性能,在电子、光学、抗菌和催化等方面具有十分优异的性能,可广泛应由于催化剂材料、电池电极材料、低温导热材料、导电浆料、抗菌材料、医用材料、具有广阔的应用前景[1-2]。

1 纳米银的制备

纳米银粒子的制备分为物理法和化学法。化学法有微乳法、电镀法、氧化还原法和电化学还原法等。化学制备的银粒子最小可达几纳米,操作简单,容易控制。缺点是得到的银粒子不易转移和组装,容易包含杂子,而且易发生聚集。物理法主要是真空蒸镀、溅射镀和激光烧蚀法等。

1.1 化学还原法

化学还原法是制备超细粉体的有效和常用的方法之一。一般是指在液相条件,用还原剂还原银的化合物而制备纳米银粉的方法。该法是在溶液中加入分散剂,以水合肼、甲醛、多元醇、柠檬酸、糖、有机胺、双氧水等做还原剂,常用的分散剂和保护剂有聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、多元醇、油酸、芳香醇酯等。何晓艳等[3]采用化学还原法制备纳米银离子,制备过程先后使用两种保护剂,采用乙烯吡咯烷酮(PVP)作保护剂、N,N-二甲基酰胺(D M F)作还原剂,还原银溶液得到纳米银粒子,而且对所制备的纳米银粒子分别用紫外光谱、荧光光谱、X-射线衍射做了详细的表征。

1.2 光还原法

光还原法的机理一般认为是在有机物存在下,金属阳离子在光照条件下,由有机物产生的自由基使金属阳离子还原。姚素微等[4]通过光还原方法,利用高分子聚合物壳聚糖制备无机相纳米银离子。实验中发现,随着光照时间的增长,银离子不断地被还原成新的银原子或纳米银粒子。调整光照时间,可以得到粒径10~30n m的银粒子。

1.3 电化学法

根据电化学原理,在溶液中产生自由电子,为Ag+的还原提供条件,该法具有方法简单、快速、无污染等特点,是一种合成纳米材料的有效手段。

1.4 微乳液法

微乳液法是近年来发展起来的一种制备纳米微粒的有效方法。微乳液是由油(通常是碳氢化合物)、水、表面活性剂(有时存在助表面活性剂)组成的、各向同性、低粘度的热力学稳定体系。微

收稿日期: 2008 04 11

作者简介: 陈国杰(1969-),男,助理研究员。

乳液法是利用在微乳液中的化学反应生成固体以制得所需的纳米粒子。可以利用控制乳液的液滴中水的体积及各种反应物浓度来控制成核、生长,以获得各种粒子的单分散纳米粒子,是制备单分散纳米银的重要手段。梁海春等[5]利用在SDS-正乙醇-环己烷(或甲苯)-水微乳体系中,用水合肼还原银制备纳米银时发现,溶剂对银纳米粒子的粒径分布有着显著影响。

1.5 超声波法

超声波引起的化学效应,主要是超声震荡的空化效应引起的,液体中气泡的形成、成长在几微秒之内突然崩溃,由此产生的局部高温和高压致使气泡内的水蒸气发生热分解反应,产生OH 和H 等活性粒子,利用这种方法已经制备出无定形金属、氧化物、聚合物等纳米材料。

1.6 激光烧蚀法

利用激光照射金属表面,制备化学纯净!的金属胶体,即为激光烧蚀法。此法避免了其他方法如化学氧化还原法中电离出的阴离子或阳离子等杂质的影响。

Fo jti k Anton[6]等开发了溶液中的激光烧蚀法。Chen YuH ung[7]等在表面活性剂SDS(十二烷基磺酸钠)和CTAB(十六烷基三甲基溴化铵)的存在下,使用强度为120m J的激光脉冲得到高分散的纳米银颗粒,在SDS中得到的银粒子直径在4.2n m左右。

1.7 辐射法

辐射法制备纳米材料是利用电离辐射使水产生电离和激发,生成还原性粒子H自由基和水合电子以及氧化性粒子OH自由基。这些还原性粒子可逐步把银离子还原为金属银。在银盐溶液中加入表面活性剂,有助于控制纳米银颗粒的大小,改善其分散性,防止纳米银粒子从溶液中析出。

2 纳米银粒子的应用

纳米银是一种新兴的功能材料,广泛应用于超导、化工、光学、电子、电器等行业,具有广阔的应用前景。

2.1 在化学反应中的应用

纳米银可以用作多种反应的催化剂。L i[8]及石川等人通过考察复合催化剂纳米级Ag/H-ZS M-S在C H4选择还原NO反应中的活性和选择性,发现用含纳米银高于70%的催化剂时,NO 转化率显著提高,表明分子筛外表面纳米银的存在提高了银催化剂在C H4选择还原NO反应中的活性。

2.2 在生物材料方面的应用

用纳米银-金颗粒与聚乙烯醇缩丁醛作复合酶膜基质固定葡萄糖氧化酶(GOD),构建葡萄糖生物传感器。实验证明,纳米银颗粒的介入可以大幅度的提高氧化酶的催化活性,显著提高GOD 酶电极的响应灵敏度,使响应电流从相应浓度的几士纳安增强到几万纳安。这种借助纳米银颗粒固定酶的方法使得GOD用量减少、操作方便且不需昂贵的实验设备易于工业化从而为纳米生物传感器的组装提供了可能性,为纳米颗粒在生物材料领域中的应用提供了实验和理论依据[11]。2.3 在光学领域的应用

纳米银可用于表面增强拉曼光谱(SERS)[11]的基质,实验证明SERS谱的获得与吸附分子的电性及纳米银的表面电性有关。根据分子的电性,选取不同电性的纳米银,可以获得较强的SERS谱,进而扩大SERS的研究范围。同时,纳米银粒子由于其表面等离子振荡吸收峰附近具有超快的非线性光学响应,科学家发现把纳米银掺杂在半导体或绝缘体中,可以获得较大的非线性极化率,利用这一特性可以制作光电器件,如光开关、高级光学器件的颜色过滤器等[12]。

2.4 在超导方面的应用

据报道,用70nm的银粉制成的轻烧结体做热交换材料,可以使制冷机工作温度达到0.01~ 0.003K,效率较传统材料高30%。将纳米银引入超导材料的合成中,大大推动了超导领域的发展。

2.5 在其他领域中应用

在化纤中加入少量的纳米银,可以改变化纤品的某些特性,并赋予很强的杀菌能力。根据以色列报道,纳米银粉的导电率比普通的银块至少高20倍,因而纳米银粒子也可以用作集成电路中的导电银浆、电池电极材料。纳米银还可以用作照相制版的基质等。

3 结 语

纳米银由于其出色特性和广(下转第628页)

619

第37卷第9期 陈国杰,等:纳米银的制备及应用粒结构对其加工性能的影响[J].聚氯乙烯,2002,4:

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P reparation and Properties of PVC w ith H igh Poly m erization Degree

by Sus pension P rocess

SUN T ao,XU Yan

(Shenyang Chem ical CO.L td,Shenyang110000,Ch i na)

Abstrac t:A i m i ng at produci ng paste po lyv i ny l chlor i de resin w ith ca l c i u m carb l de as raw m ater i a l by suspension process,the preparati on key point of PVC w ith h i gh po l ym eriza tion deg ree,the qua lit y and properties o f resi n were i ntroduced i n this paper. T he m ethod o f l ow te m pera t ure or cha i n extender is si m ple and conven ient,quality i s stab l e.

K ey word s:Po l yv i ny l chlor i de;P aste resi n;Cha i n extender

(上接第619页)

泛应用一直是研究的热点。纳米银的制备方法包括物理和化学方法,实验室常用的方法包括氧化还原等,每种方法都有其优点和不足。为了使纳米银更容易应用于实际,降低制备成本、开发操作简单的制备工艺和减少杂质影响是当务之急,避免纳米粒子制备后的团聚也是值得重视的问题。

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Preparation and Application of Nano-Silver Particles

C H EN Guo jie,GON G Yong chun,M A T ao

(Co llege o fH i gher P rofess i ona l Sk il,l Shen Y ang U n i ve rsity o f T echno logy,L i aoyang111003,Ch i na)

Abstrac t:M eta l nano m eter m atera l is an i m portant aspect o f nano struct ure m ater i a.l T he i nvestigati on o f nano-sil v er partic l es has been a active field due t o un i que app licati on in recent years.T he prepraring m et hods and app licati on of nano-silver are re v ie w ed.

K ey word s:N ano-silver;P reparati on;A pp licati on

628 辽 宁 化 工 2008年9月