[发明专利]具有受控尺寸和形状的含金属的纳米粒子的制造方法

说明书

技术领域

本文所述的实施方案涉及到含金属纳米粒子或纳米合金粒子的制造方法。特别是提供可以很容易的分散到油和/或碳氢化合物材料中用在很多不同的应用场合的金属纳米粒子组分。

发明背景

含金属纳米粒子或纳米合金粒子可以用在很大范围的应用场合中。例如，金属氧化物纳米粒子可以用在：固体氧化物燃料电池(用于阴极、阳极、电解质和互连)；催化材料(汽车尾气、放射控制、化学合成、油的精炼、废料处理)；磁性材料；超导陶瓷；光电材料；传感器(例如气体传感器、发动机燃料控制)；结构陶瓷(例如人造关节)。诸如金属氧化物纳米粒子之类含金属纳米粒子也可以用于化妆品中。

常规的金属粒子一般具有微米级的晶粒尺寸并且常以粒度大于微米级颗粒的形式提供。然而，由纳米级颗粒组成的金属粒子较之常规尺寸金属粒子具有很重要的优点。

截至目前，经济的制造具有均匀尺寸和形状的含金属纳米粒子或纳米合金粒子的能力已被证实为材料科学的一项主要挑战。该项挑战包括制造精密标度的含金属纳米粒子，其具有：(a)正确的化学组成；(b)均匀的尺寸分布；(c)正确的晶体结构，以及(d)较低的成本。

然而，只有有限的几种金属氧化物实现了含金属纳米粒子或纳米合金粒子，诸如粒子尺寸非常小(小于20纳米)的金属氧化物。用于在大范围多种含金属纳米粒子或纳米合金粒子中获得很小颗粒尺寸的工艺一般成本非常高、产量低且很难扩大规模。

用于合成纳米级材料的常规方法包括气相合成、球磨、共同沉淀、溶胶凝胶和微乳剂方法。上述工艺在美国专利号6,752,979中做了描述。前述方法一般可用于不同种类的材料，诸如金属、合金、金属间化合物、氧化物及非氧化物。尽管已有上述方法，但仍需一种简单、高效的工艺用于大批量的生产用在不同应用场合的含金属纳米粒子。

发明内容

鉴于上述，这里描述的示范性实施方案提供了制造含金属纳米粒子的方法。该方法包括将选自金属醋酸盐、金属乙酰基丙酮酸盐和金属黄原酸盐的金属有机化合物与胺结合以提供金属有机化合物在胺中的溶液。之后采用高频辐射源对溶液进行照射以制备具有(A_a)_m(B_b)_nX_x通式的金属纳米粒子；其中A和B均选自金属，X选自氧、硫、硒、磷、卤素和氢氧化物；脚标a、b和x代表组成化学计量，且m和n均大于或等于零且条件为m和n中至少其中一个大于零。

在另一个示范性实施方案中，发明公开提供了一种生产可分散于油中纳米粒子的生产方法。该方法包括将醋酸铈与烃基组分结合制备醋酸铈溶液。之后采用高频辐射源对溶液进行照射以制备基本稳定的氧化铈纳米粒子分散体。

本发明包括以下方面：

1、一种制备含金属的纳米粒子的方法，包括：

将选自金属醋酸盐、金属乙酰丙酮酸盐和金属黄原酸盐的金属有机化合物与胺结合，以提供金属有机化合物在该胺中的溶液；且

采用高频辐射源对溶液进行照射以提供具有(A_a)_m(B_b)_nX_x通式的金属纳米粒子；其中A和B均选自金属，X选自由氧、硫、硒、磷、卤素和氢氧化物组成的一组；脚标a、b和x代表组成化学计量，且m和n均大于或等于零且条件为m和n中至少其中一个大于零。

2、如方面1所述的方法，其中溶液在照射步骤之前被加热。

3、如方面2所述的方法，其中溶液的加热时间范围为约1分钟至约50分钟。

4、如方面2所述的方法，其中溶液被加热到约50至约150℃的温度范围。

5、如方面1所述的方法，其中高频辐射源包括具有约0.4至约40GHz频率范围内的微波辐射源。

6、如方面1所述的方法，其中高频辐射源包括具有约0.7至约24GHz频率范围内的微波辐射源。

7、如方面6所述的方法，其中对溶液的照射时间在约10秒至约50分钟范围内，以提供基本稳定的金属纳米粒子分散体。

8、如方面1所述的方法，进一步包括，在照射步骤之后采用醇冲洗基本稳定的金属纳米粒子分散体。

9、如方面8所述的方法，其中醇包含C₁-C₄醇。

10、如方面1所述的方法，进一步包括干燥金属纳米粒子。

11、如方面1所述的方法，其中金属有机化合物和胺的溶液进一步包括含有约10至约26个碳原子的不饱和脂肪酸。