[发明专利]一种铝纳米颗粒及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于无机先进纳米材料技术领域，具体涉及一种铝纳米颗粒及其制备方法。

背景技术

铝纳米粒子是指晶粒尺寸为纳米级的超细铝材料。与传统的含能材料相比，铝纳米粒子由于能量密度大、耗氧量低及高的反应活性而成为火箭推进剂和火炸药配方独特的成分之一。纳米铝与其他金属氧化物纳米材料自组装后还可以提高燃烧速度增强冲击波，可望将靶向药物输送到癌细胞，同时不损伤健康细胞。此外，近年来贵金属纳米粒子的制备与应用已经较为成熟，但是由于贵金属成本较高，制约了金属纳米材料的大规模应用，相比之下铝作为地壳中含量最高的金属，具有成本低，易得到等优点，是良好的金属纳米材料，有望实现大规模的应用。

随着现在太阳能电池的材料以及制作水准的不断提高，太阳能电池的少子寿命也不断增加，从现在商业太阳电池来看，为了降低太阳能电池的成本提高效率，生产厂家也在不断减少硅片厚度以降低原材料价格，因此为了提高电池的效率，必须考虑降低电池背表面的复合速度，提高长波光谱响应，所以铝背场的好坏将直接影响到太阳能电池的输出特性，颗粒尺寸越小，铝浆与硅片接触越好，此外铝颗粒越小，熔点越低，越易于在一定温度下与硅基材料形成硅铝复合层，越有利于铝背场的形成并改善太阳能电池的输出特性，因此制备纳米级的铝颗粒对太阳能电池铝背板与背场的形成有重要的意义。

目前应用最为广泛的金属铝纳米材料的合成方法有机械球磨法、气相蒸发沉积法和液相化学合成法。机械球磨法有利于实现量产，但易引入杂质，且颗粒形状均匀性差；气相冷凝法所得产品纯度高，但设备要求高，产品形貌不易控制；常用的液相化学合成方法，为形貌调控提供了可能，但其在制备过程中反应太过迅速，产物颗粒尺寸不易控制。

发明内容

为解决上述问题，本发明提出一种纯净的铝纳米颗粒及其制备方法。

本发明第一方面提供一种纯净的铝纳米颗粒，其直径为15～1000纳米，进一步为面心立方(fcc)晶型的金属铝。

本发明第二方面提供上述所述的铝纳米颗粒的制备方法，包括以下步骤：

(1)配制铵盐的有机溶液：将铵盐加入有机溶液中，配制成含有铵盐的有机反应液；

(2)引入铝盐：将铝源加入到上述铵盐的有机反应液中，升温使其充分溶解；

(3)引入还原剂：将氢化铝锂加入到上述溶液中，然后将得到的混合物在100℃～165℃的温度下反应1～72小时，得到铝纳米颗粒悬浮液；

(4)对上述铝纳米颗粒悬浮液进行固液分离，所得固体即为所述铝纳米颗粒。

在优选的实施方案中，步骤(1)所述铵盐为苯胺、N-甲基苯胺、三苯胺、油胺、十八胺和十六烷基二甲基叔胺之一；所述的有机试剂选自甲苯、均三甲苯、丁醚中的一种或多种，在使用前需要进行除水除氧处理。

在优选的实施方案中，步骤(2)所述的铝源为氯化铝、乙酰丙酮铝、醋酸铝之一或它们混合物。

在优选的实施方案中，步骤(1)(2)(3)均在手套箱中进行或者在惰性气氛下进行。

在优选的实施方案中，步骤(4)所述的固液分离包括以下步骤：先离心浓缩、再超声洗涤，最后真空干燥，其中超声洗涤过程所使用的洗涤液为丙酮、甲醇、乙醚中的一种或几种的混合物。

在优选的实施方案中，铵盐与铝元素的摩尔比为1：(0.1～3)，铝元素为铝源和还原剂氢化铝锂中总的铝元素。

在优选的实施方案中，当使用氯化铝作为所述铝源时，所述氯化铝的浓度为(1～10)mol/L，氯化铝与氢化铝锂的摩尔比为1：(2～5)；当使用乙酰丙酮铝或醋酸铝作为所述铝源时，所述乙酰丙酮铝或醋酸铝的浓度为(0.1～10)mol/L，乙酰丙酮铝或醋酸铝与氢化铝锂的摩尔比为1：(2～5)。

在优选的实施方案中，通过增加有机胺中氮上所接支链的多少来降低所得铝纳米颗粒的尺寸；或，在采用同一种铵盐时，通过提高其与铝源的的摩尔比来降低所得铝纳米颗粒的尺寸。

本发明取得了以下有益效果：

1、本发明中的铝纳米颗粒还未见公开报道，其直径可以小至15nm。

2、本发明的制备方法制备的铝纳米颗粒，其颗粒尺寸独立可调，其中颗粒尺寸可以通过改变铵盐的种类和相应的浓度来得到不同粒径的铝纳米颗粒。根据铵盐种类的改变和相应的浓度不同，铝纳米颗粒的尺寸可以达到15nm。

3、相对于铝纳米材料的现有技术的制备方法，本发明的铝纳米颗粒的制备方法，采用简单有效的溶剂热法，使制备的铝纳米颗粒，颗粒含量高，杂质少。

附图说明