[发明专利]一种超细铜纳米颗粒的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种纳米材料的制备方法，具体的说是一种利用不互溶液-液两相界面反应制备超细铜纳米颗粒的方法。

背景技术

铜纳米颗粒由于尺寸效应、表面效应和量子尺度效应具有独特的催化特性、生物特性、光学特性和电学特性，被广泛应用于电子制造、化学分析、生物技术、防腐防污等领域。常用的铜纳米颗粒的制备方法很多，如化学还原法、电化学还原法、气相反应法、蒸发或溅射法、机械球墨或粉碎法、激光烧蚀或高能辐射合成法等。但目前铜纳米颗粒的制备和应用过程中仍然面临许多难题。其一是难以保证制备得到的纳米颗粒的形貌和尺寸均匀。这一点通常可以通过严格控制制备条件如温度、时间等加以改善。其二是制备得到的纳米颗粒尺寸仍然较大。采用现有方法制备的铜纳米颗粒尺寸多在10-110 nm之间，这使得纳米材料特有的尺寸效应、表面效应和量子尺度效应等难以充分实现，需要开发一些可控性好、简单、低成本的新型制备方法以获得尺寸在10 nm以下的均匀铜纳米颗粒 [ S.-H. Kwon, H.J. Choe, H.-C. Lee, C.-W. Chung, J.-J. Lee, Control of Size Uniformity of Cu Nanoparticle Array Produced by Plasma-Induced Dewetting, J. Nanosci. Nanotechnol. 15 (2015) 2542–2546. doi:10.1166/jnn.2015.10237]。其三是需要防止铜纳米颗粒的团聚。由于纳米材料的表面效应使得细小的纳米颗粒容易团聚，导致纳米颗粒尺寸、形貌和性能的可控性变差；团聚还会使纳米颗粒无法均匀分散在溶剂中形成稳定的分散液。为了防止纳米颗粒的团聚，常常在纳米颗粒的表面进行修饰，改变其表面状态，利用带电的基团或长链有机物（如CTAB、PVP等）通过静电相互作用或空间位阻效应保证纳米颗粒处于分散状态。其四是必须防止铜纳米颗粒的氧化。室温下，铜纳米颗粒就能在空气中被氧化生成氧化亚铜或氧化铜，而使其导电性变差、光学和催化等特性发生改变。通常的做法是在惰性气体保护下或真空中制备、存储或使用铜纳米颗粒，但是这会大大增加设备和操作的复杂程度以及成本。在铜颗粒表面包覆化学稳定性较好的无机材料如银、镍、碳等[H.T. Hai, H. Takamura, J. Koike, Oxidation behavior of Cu–Ag core–shell particles for solar cell applications, J. Alloys Compd. 564 (2013) 71–77. doi:10.1016/j.jallcom.2013.02.048][L. Ma, B. Yu, S. Wang, G. Su, H. Huang, H. Chen, et al., Controlled synthesis and optical properties of Cu/C core/shell nanoparticles, J. Nanoparticle Res. 16 (2014) 2545. doi:10.1007/s11051-014-2545-5]，或者包覆CTAB、PVP等有机物也可以防止或延缓铜纳米颗粒的氧化[Y. Li, D. Li, C. Li, H. Wang, D. Shen, L. Liu, et al., Annealing-induced highly-conductive and stable Cu–organic composite nanoparticles with hierarchical structures, J. Alloys Compd. 636 (2015) 1–7. doi:10.1016/j.jallcom.2015.02.144]。但是包覆的办法同样会增加成本、改变纳米颗粒的性质，尤其是长链的有机包覆物在后续工艺中难以去除，因而在某些应用中无法使用。

迄今为止，还没有可靠的、制备粒径在10 nm以下的超细铜纳米颗粒的制备方法的文献报道。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术中存在的问题，提供一种利用不互溶液-液两相界面反应，不需保护气体或真空环境，工艺简单，低成本，实用性强，适用于连续生产的超细铜纳米颗粒的制备方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种超细铜纳米颗粒的制备方法，其特征在于包括以下步骤：