[发明专利]一种可再分散的纳米铜粒子的水相制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种可再分散的纳米铜粒子的水相制备方法。

背景技术

纳米铜表面活性大，具有优异的催化性能以及杀菌性能；纳米铜有超塑延展性，这种机械特性为制造常温下的弹性物质提供了有利条件；此外纳米铜具有高的导电性、操作稳定性以及低温过程能力，因而在导电油墨、导电胶等领域有很好的应用前景。目前，制备纳米铜粒子的方法主要有化学还原法、电解法、机械研磨法、蒸气冷凝法、电弧等离子体法等。相对于金和银纳米粒子，纳米铜活性更高，易被氧化，因而在纳米铜粒子制备过程中的表面保护非常重要，但大量的稳定剂会对纳米铜粒子的低温烧结性能和导电性带来不良影响，因此，稳定剂的选择和去除方式对于纳米铜粒子的制备和应用有重要的影响。中国专利200610104573.4公开了一种稳定的纳米铜粒子的制备方法：它使用硝酸铜作为前驱体，十六烷基三甲基溴化铵以及含硫化物为稳定剂，硼氢化钠为还原剂，在乙醇和水的溶液中合成了铜纳米粒子，由于加入含硫化物，并且用三氯甲烷萃取，制备过程复杂，产品纯度不高。中国专利200910054883.3公开了一种纳米铜粒子的制备方法，使用铜盐、稳定剂以及还原剂，在有机溶剂中加热的条件下合成了铜纳米粒子，反应在有机溶剂中进行，需要加热，过程相对复杂，需要使用乙醇和丙酮多次清洗，过程中会导致纳米铜的氧化。

发明内容

本发明的目的在于克服前述纳米铜粒子制备工艺过于繁琐的不足，提供一种水相的制备可再分散的纳米铜粒子的简便方法。

本发明提出的可再分散的纳米铜粒子水相制备方法，具体步骤如下：

（1）将铜盐和有机保护剂溶解于溶剂中，在室温下搅拌15－25分钟，加入氨水，溶液从蓝变成深蓝紫色，继续搅拌50-60分钟；

（2）通入氮气，保护，然后将还原剂逐滴加入，持续搅拌反应30－40分钟，得到深红色溶液；

（3）将上述溶液离心，得到沉淀，沉淀物在甲醇中超声洗涤，即得到纳米铜粒子。

本发明中，使用的溶剂是水，或者是水和乙醇、乙二醇甲醚等能与水互溶的有机溶剂的混合物，溶剂添加量为每0.01mol铜盐对应50-100ml。

本发明中，使用的铜盐为醋酸铜、乳酸铜、硝酸铜、硫酸铜等铜盐中的一种或者其中几种的混合物。

本发明中，使用的还原剂可以为水合肼、甲醛或乙醛等有机还原剂，或者为次磷酸钠等无机还原剂，还原剂本身较容易溶于水，其被氧化后的产物较易溶于水或者甲醇，还原剂和铜盐的摩尔比2:1－4:1。

本发明中，使用的保护剂为聚乙烯吡咯烷酮、十六烷基三甲基溴化铵、司邦80等有机物中的两种或者两种以上组成的混合物，能够溶于水和甲醇。所用保护剂和铜盐的摩尔比为1:1－10:1。

本发明中，得到的纳米铜粒子，粒径小于30nm。

本发明中得到的铜纳米粒子在乳酸、十六烷基三甲基溴化铵等沸点低于250℃的稳定剂存在下，能够再分散在乙醇、甲醇、乙二醇甲醚等低沸点的混合溶剂中，分散后的纳米铜粒径小于30nm，适合于导电油墨等多种场合的应用。

本发明具有以下优点：

1、工艺简单，不需加热，反应时间短；

2、后处理过程简便，只使用甲醇清洗就能除掉合成时加入的大部分物质；

3、水作为溶剂，更环保，适合制备水性导电油墨；

4、清洗后的铜纳米粒子能够再分散于含稳定剂的溶剂中，并且分散后的纳米铜粒径小于30nm，适合多种场合的应用。

附图说明

图1为纳米铜粒子的透射电镜照片（TEM）。

图2为离心、干燥后纳米铜粒子的XRD图。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明。

实施例1：将0.01mol醋酸铜溶解在50ml水中，加入5g聚乙烯吡咯烷酮和1g十六烷基三甲基溴化铵，搅拌溶解后，继续搅拌20分钟，然后加入氨水，溶液从蓝变成深蓝紫色，继续搅拌50-60分钟，通入氮气保护，再逐滴加入10ml水合肼，之后持续搅拌反应30－40分钟得到深红色溶液，将溶液离心得到沉淀，沉淀物在甲醇中超声洗涤1次，即得到纳米铜粒子。

实施例2：将0.01mol醋酸铜溶解在25ml水和25ml乙醇的混合溶液中，加入5g聚乙烯吡咯烷酮和1g十六烷基三甲基溴化铵，搅拌溶解后，继续搅拌20分钟，然后加入氨水，溶液从蓝变成深蓝紫色，继续搅拌50-60分钟，通入氮气保护，再逐滴加入10ml水合肼，之后持续搅拌反应30－40分钟得到深红色溶液，将溶液离心得到沉淀，沉淀物在甲醇中超声洗涤1次，即得到纳米铜粒子。

实施例3：取0.3g经甲醇清洗、干燥后的铜纳米粒子，加入到50ml乙醇和1ml乳酸的混合溶液中，超声2-3分钟，铜纳米粒子均匀分散于溶液中，粒径小于30nm。