[发明专利]一种采用新型保护剂制备超高单分散镍溶胶的方法

说明书

技术领域

本发明涉及制备高度单分散纳米金属溶胶技术领域。

背景技术

以往我们对纳米粒子的研究往往只注重于对粉末粒径进行控制以观察随着颗粒粒度的减小可能出现的特异的光电、磁性、催化性质.然而作为一种能够被我们生产生活实际中所应用的材料-由纳米基本结构组成的纳米材料-那些基本单元(纳米粒子)的特殊性质能不能表现出来甚至于产生一些基本单元所不具备的性质，在相当程度上还取决于这些基本单元形成宏观块体的组织结构.比如，两种具有不同介电常数的亚微米结构单元在一维、二维或三维方向上的交替延伸组成的光子晶体对可见光具有不可比拟的操控性，可见光、近红外、红外波段光子在其中传播时由于布拉格散射，电磁波会受到调制而形成能带结构，落在光子带隙中光将不能传播，因此抑制或增强光自发辐射，在高Q无阈值激光器、高质量超窄带滤波选频器、高效光子全反射镜等光电子与集成光电子器件，集成光路的超小型光学元件及光传输处理器件中有着广阔的应用前景(Fang N，Lee H，Sun C et al.Science，2005，308，534，)。有望成为引领未来光通讯、集成光子器件、新型高速计算机的基础材料。而胶体纳米粒子在空间上的周期性重复形成的colloidal crystal更是这些年来材料科学科学家们研究的重点和热点，在催化、通讯、电子、半导体和军事等领域colloidal crystal类的纳米器件有着潜在的重要应用价值。然而这些器件的制备对构成这些器件的基本结构单元的形状和粒度的均匀性及可控性有非常严格的要求。格点粒子粒径标准偏差若＞5％就能导致光子晶体功能特性降低或消失。只有这些纳米结构单元的具有相同的形状、均匀的尺度才能够在空间上周期性地排列成规则的结构，而也只有对这些基本结构的尺度和形状进行有效的控制，才可以微调纳米器件的性质。所以，寻找一种可以有效控制纳米粒子尺度并保持粒子形状和粒度高度均一的制备方法是这些纳米器件走向应用的重要前提，也是目前材料研究领域的新热点。

通常采用化学还原方法制备粒度分布窄、校粒径的纳米金属胶体颗粒，往往会在制备过程中加入一定量的保护剂，如麻孙华、刘新鹏、夏少武等(高分子保护下胶体铜催化剂的制备，青岛化工学院学报，1996，17(2)，155-162)采用PVP聚乙烯吡咯烷酮作为保护剂制备具有催化作用的铜胶体；卢华、王惠、刘汉范(甲壳质、甲壳胺衍生物保护的贵金属胶体，高分子学报，1993，(1)，100-104)采用O-羧甲基甲壳质及甲壳胺乙酸盐制备稳定的贵金属胶体；另外还有文献报导采用羧甲基纤维素、采用聚乙烯醇、聚丙烯酰胺等作为胶体保护剂。这些保护剂的主要作用为：增加反应体系的粘度，在反应体系中形成三维网络结构，降低小粒径铜颗粒的扩散速度，阻碍溶胶颗粒的互相碰撞团聚；同时部分保护剂如PVP能与金属离子形成弱的配位键合，在一定程度上限制了金属胶体小颗粒的聚集。然而这些保护剂往往使用在贵金属胶体的制备上，贵金属胶体往往表面活性较弱，体系的粘度增加及物理上的空间阻隔效应往往已经能够起到保护胶体粒子凝集的作用。而在制备诸如镍等较活泼的特别是小粒径＜20nm胶体颗粒时，单纯的空间阻隔效应已难以有效阻隔胶体粒子的团聚。另外根据晶体生长的成核和晶核生长理论(Clemens Burda，Xiaobo Chen，RadhaNarayanan，Mostafa A.El-Sayed，Chem.Rev.2005，105，1025.)，如果要获得颗粒均匀度很好的单分散粒子，晶核生长阶段需维持恒定的溶液过饱和度，在反应体系中随时监控并调整反应物浓度是非常困难的，但如果在体系中采用中等强度的络合官能团与金属离子形成配合物，根据该配合物的反应平衡常数，则能够维持体系中反应前驱物浓度的相对恒定，从而制备得到高度单分散小粒径的金属溶胶粒子。

发明内容