使用電解法製備納米級銀顆粒的方法和裝置的製作方法

2023-10-27 06:25:37 3

專利名稱：使用電解法製備納米級銀顆粒的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於製備銀納米粒的方法和裝置，更特別地涉及使用電解法以環境友好和簡單方式製備具有均勻形狀和大小的銀納米粒的方法和裝置。
背景技術：
一般而言，將諸如共沉澱法、噴霧法、溶膠-凝膠法、電解法和反相微乳化法的化學方法和諸如使用球磨機或搗碎機的研磨法的機械方法用作獲得細金屬粉末的方法。
例如，對於製備銀粉的化學方法，有通過使用諸如用於沉澱氧化銀或氫氧化銀的肼或過氧化氫以及常稱為福馬林的甲醛的還原劑，還原通過使用鹼性溶液中和硝酸銀水溶液的中和反應過程製備的氧化銀或氫氧化銀沉澱的方法、還原通過將諸如氫氣或一氧化碳的具有強還原力的氣體吸入氫氧化銀沉澱的中和反應過程製備的氫氧化銀沉澱的方法以及通過將諸如常稱為福馬林的甲醛和草酸的還原劑加入至鹼性氨基複合物水溶液來還原鹼性氨基複合物的方法來誘導銀粉末的主要使用的方法。然而，由於這些常規方法分別使用電解質的金屬鹽作為起始原料，因此它們不是環境友好的，而且為了去除有害物質是昂貴且耗時的，並且不容易控制顆粒大小。此外，由於常規方法使用表面活性劑、添加劑或有害物質以防止由金屬顆粒的聚集產生的顆粒生長，因此它們不是環境友好的。一般而言，稱為電解法的常規電分解法使用待合成的金屬材料電極和諸如硝酸鹽、碳酸鹽或硫酸鹽的金屬鹽作為電解質，其中金屬材料通過電解附著在電極的表面上，由此獲得金屬顆粒。在電解中將有毒金屬鹽作為用於獲得金屬粉末的電解質的原因當然是因為金屬不溶於水。此外，如果結合強酸鹽的金屬溶於水，那麼其容易離解為金屬離子，然後通過還原劑而誘導成為顆粒。在該情況下，產生作為副產物的有害物質，並且當溫度上升時產生有毒氣體。因此，常規電解法既不是環境友好的，也不能獲得均勻大小的顆粒。此外，在使用諸如硝酸鹽、碳酸鹽或硫酸鹽的金屬鹽的常規電解法的情況下，不僅起始原料本身不是環境友好的，而且在中和過程和洗滌過程中還出現廢水處理問題。此外，應進行大量的洗滌過程，因此導致嚴重負擔，並且在洗滌過程中損失大量的金屬粉末。同時，使用球磨機或搗碎機的研磨銀粉末的方法廣泛用作獲得銀粉末的機械方法。然而，這類機械研磨方法基本上局限於金屬粉末的微型化並且與獲得純金屬顆粒無關，因為在研磨過程中存在導致汙染的可能性。除了在使用金屬鹽的常規電解法情況下在中和過程和洗滌過程中還出現廢水處理問題之外，為了考慮和解決起始原料本身不是環境友好的問題，在第10-2004-105914號韓國專利公開中推薦使用電解製備金屬納米粒的方法，其中僅使用電極、少量的添加劑和超純水(去離子水；去離子水)並在電解中加入外力，由此誘導金屬顆粒的形成和分散，並由此環境友好地製備金屬納米粒。下文詳細描述上述製備金屬納米粒的常規方法。
如圖I所示，在製備金屬納米粒的常規方法中，向容器I中放入通過將作為添加劑的環境友好的金屬離子還原劑或有機金屬離子還原劑混合進入純淨水中而獲得的溶液2，並且以彼此相距一定距離的形式放置兩個電極棒3。此外，將向溶液2發射超聲波的超聲裝置4和攪拌器溶液2的攪拌器5分別放置在容器2的頂部和底部。此處，通過兩個電極棒3施加直流(DC)電源。然而，由於稱為陽極的正極棒和稱為陰極的負極棒由與在上述第10-2004-105914號韓國專利公開中獲得的金屬顆粒相同的材料製成，因此發生金屬離子通過在兩個電極棒間的電位差而附著在電極上並在電極上結晶的現象。此外，在通過使用第10-2004-105914號韓國專利公開所公開的方法製備諸如銀納米粒的金屬納米粒的情況下，當施加電流時在陽極上產生的金屬陽離子移動至陰極，然
後生長至陰極棒的鄰近部分。因此，製備了超過納米級的微觀有序的銀顆粒結晶，由此導致聚集(lumping)現象。此外,存在金屬顆粒的形狀和大小不均勻的問題,並形成不均勻的顆粒。公開內容技術問題為解決上述問題或缺陷，本發明的目的是提供用於製備銀納米粒的方法和裝置，其中在銀離子(Ag+)在陰極位置形成為結晶之前，使用還原劑將由電能產生的銀離子(Ag+)還原為銀納米粒(Ag°)，將陰極棒放置在反應容器中以防止未被還原的銀離子(Ag+)在陰極棒位置生長為結晶，並使陰極棒旋轉由此最小化結晶的產生並形成均勻的納米級顆粒。本發明的另一目的是提供用於製備銀納米粒的方法和裝置，其中將陰極棒和陽極的橫截面形成圓形或橢圓形以防止電通量線密度在電極之間集中，並誘導均勻的電場，並且陰極棒的材料由不同於陽極的碳、不鏽鋼或鐵(Fe)製成，由此最小化陰極棒位置的結晶的產生並形成均勻的納米級顆粒。技術方案為實現本發明的上述或其它目的，根據本發明的一個方面，提供了使用電解法製備銀納米粒的方法，所述製備銀納米粒的方法包括的步驟有在反應容器中將還原劑和電解質溶解於水中，由此製備電解質溶液；將由不同於待獲得的銀納米粒的材料製成的陰極棒放置在所述電解質溶液中以在所述反應容器中旋轉，並在位於所述陰極棒一定距離的位置放置至少一個由銀(Ag)製成的陽極；通過在所述陰極棒和所述陽極間施加直流(DC)電源的電解法來電離位於所述陽極的銀，同時所述陰極棒旋轉，由此在電解質溶液中形成銀離子；以及通過還原劑還原所述銀離子，由此形成銀納米粒。根據本發明的另一方面，提供了使用電解法製備銀納米粒的裝置，所述製備銀納米粒的裝置包括陰極棒，其放置在反應容器內的電解質溶液中以在反應容器中旋轉並且由不同於待獲得的銀納米粒的材料製成；至少一個由銀製成的陽極，其位於所述陰極棒一定距離的位置；以及電極支罩，其以絕緣形式支撐陰極棒和陽極，並具有向外部暴露的負極端子和正極端子以在陰極棒和陽極之間施加電源用於進行電解。優選而非必要地，將所述陰極棒放置在所述反應器基本上中心的部分以旋轉，並且所述製備銀納米粒的裝置還包括用於旋轉與陰極棒連接的陰極電極的驅動單元。優選而非必要地，所述陰極棒由碳、不鏽鋼(SUS 316)、鐵(Fe)中的任何一種製成。優選而非必要地，還將陰極棒形成倒截錐結構、棒狀或橢圓棒狀。優選而非必要地，陽極由板狀或棒狀的金屬構成。優選而非必要地，還原劑為有機離子還原劑且電解質為檸檬酸或胺基酸。優選而非必要地，本發明的製備銀納米粒的裝置還包括用於旋轉與陰極棒連接的陰極電極的驅動單元，以及用於攪拌電解質溶液的電磁驅動攪拌器，其中將攪拌器的旋轉方向設定為與陰極棒的旋轉方向相反。在無旋轉狀態下進行電解的情況下，在本發明中獲得的銀納米粒具有IOOnm的平均大小，並且表現出優異的顆粒均勻性。在銀納米粒的大小超過lOOnm、例如增加至200nm的情況下，當使用所述大小的銀納米粒由導電油墨在絕緣膜上形成導電圖案時，應將燒結溫度提高至影響絕緣膜的150°C或更高。因此，將銀納米粒的大小設定為不超過lOOnm。此外，當使陰極以1750rpm或更高下旋轉時進行電解的情況下，在本發明中獲得的銀納米粒具有50nm的平均大小，並且表現出非常優異的顆粒均勻性，從而適用於大規模生產。在該情況下，能獲得圓形、均勻和平均50nm大小的顆粒的陰極棒旋轉條件為使陰極棒在至少1750rpm或更高下旋轉。即使陰極棒在超過3000rpm即6000rpm或更高下旋轉的情況下，顆粒的平均大小保持在50nm左右而不會變得小於50nm。然而，不期望使陰極棒在高速下旋轉，因為陰極如此高速的旋轉額外需要高速驅動電機和傳遞驅動電機旋轉力的結構以保持穩定旋轉數(rpm)結構。有益效果如上所述，在本發明用於製備銀納米粒的方法和裝置中，在將銀離子(Ag+)在陰極位置形成為結晶之前使用環境友好的還原劑將由電能產生的銀離子(Ag+)還原為銀納米粒(Ag°)，將陰極棒放置在反應容器中攪拌器的中心位置以防止未被還原的銀離子(Ag+)在陰極棒位置生長為結晶，並且使攪拌器和陰極棒旋轉以形成渦流，由此最小化結晶的產生並形成均勻的納米級顆粒。此外，在本發明用於製備銀納米粒的方法和裝置中，陰極棒的材料不同於銀陽極的材料以使銀結晶不以聚集形式而在陰極位置生長，使用攪拌器形成渦流，並且使陰極棒旋轉以抑制結晶的生長，由此形成均勻的納米級銀顆粒。附圖描述圖I為常規製備金屬納米粒的裝置的示意圖。圖2和圖3為根據本發明的實施方案例示用於描述使用電解法製備銀納米粒的方法的製備銀納米粒的裝置的示意圖。圖4顯示根據本發明使用碳棒作為陰極棒通過進行電解而獲得的銀納米粒的FE-SEM (場發射掃描電鏡)圖。圖5至

圖10分別顯示根據本發明當改變用作陰極棒的碳棒的旋轉速度時通過進行電解而獲得的銀納米粒的FE-SEM(場發射掃描電鏡)圖。
圖11和圖12分別顯示根據本發明在不改變用作陰極棒的不鏽鋼或鐵(Fe)棒的旋轉速度的情況下通過進行電解而獲得的銀納米粒的FE-SEM(場發射掃描電鏡)圖。圖13至圖16分別顯示根據本發明將銀(Ag)、鋁(Al)、青銅或銅(Cu)棒用作陰極棒通過進行電解而獲得的銀納米粒的FE-SEM(場發射掃描電鏡)圖。圖17顯示根據常規技術將銀板用作陽極和陰極通過進行電解根據一段時間而獲得的銀納米粒的FE-SEM (場發射掃描電鏡)圖。圖18為例示本發明的製備銀納米粒的裝置的整體結構的結構圖。最佳方式通過下述描述，本發明的上述和/或其它目的和/或優點變得更明顯。在下文，參考附圖更詳細地描述本發明各個實施方案的製備銀納米粒的裝置。圖2和圖3為根據本發明的實施方案例示用於描述使用電解法製備銀納米粒的方法的製備銀納米粒的裝置的示意圖。參考圖2和圖3，根據本發明的實施方案使用電解法製備銀納米粒的裝置包括充滿通過將諸如超純水的水與添加劑混合而形成的電解質溶液50的反應容器10和由銀製成的陽極30以及由不同於銀的材料製成的陰極棒40，放置所述陽極和陽極棒以在反應容器10中彼此間隔。將用於攪拌電解質溶液50的攪拌器24選擇性地分別放置在陽極30和陰極棒40的下部。優選將陰極棒40放置在反應容器10的中心，並且將陽極30放置在陰極棒40的外緣。陽極數可為一個或多個。在該情況下，優選將陰極棒40的橫截面形成棒狀、倒截錐結構或橢圓棒狀。還優選將陰極棒40形成適於在電解質溶液50中形成渦輪的形狀。將能夠防止來自陽極30的銀離子在陰極棒40上吸附和生長由此最小化結晶的產生的材料用作陰極棒40的材料，例如碳、不鏽鋼(例如SUS 316)或鐵(Fe)。此外，期望將陰極棒40旋轉放置以防止銀離子在陰極棒40的表面上結晶。如圖3所示，優選將陽極30形成棒狀或板狀。此外，將用於支撐電極的電極支罩60與反應容器10的上部結合。電極支罩60以絕緣形式支撐陽極30和陰極棒40，並且與陽極30和陰極棒40連接。外部電源(未示出)與正極端子31和負極端子41連接，所述外部電源用於將電解用直流(DC)電壓從反應容器10的外部施加於正極端子31和負極端子41。圖18例示本發明優選實施方案的製備銀納米粒的裝置。在圖18中，使用與圖2相同的編號來指示與圖2相同的組件，並省略其詳細描述。作為實例，圖18中所示的製備銀納米粒的裝置使用銀(Ag)板作為陽極30，並使用碳棒作為陰極棒40。在與反應容器10的上部連接的電極支罩60位置旋轉支撐陰極棒40的上部。在電極支罩60中，陽極30和陰極棒40各自的一端與正極端子31和負極端子41連接。通過作為旋轉驅動單元的電動機43來旋轉驅動陰極棒40和負極端子41。此外，電極支罩60包括用於將樣品從反應容器10的外部放入反應容器10中的樣品入口 61和用於排放在電解過程中在反應容器10內部產生的反應氣體的廢氣出口 62。此夕卜，圖18所示的製備銀納米粒的裝置包括具有水冷卻單元71的冷凝器81以防止反應過程中作為反應溶液的水的蒸發，和與冷凝器81連接並指示廢氣的產生的指示器80。
將使用加熱線圈26用於間接加熱電解質溶液50的加熱設備28放置在反應容器10的下部，並將使水在反應容器10中流動以維持電解質溶液50恆溫的水冷卻單元72放置在反應容器10的外部。優選地，通過將電解質、還原劑和作為添加劑的分散劑加入至超純水(去離子水)並將前者與後者混合來製備電解質溶液50。還原劑是諸如有機離子還原劑的環境友好的還原劑，例如肼。在反應過程中，有機離子還原劑全部消耗以產生氮氣和水。因此，在反應完成之後，有機離子還原劑是無害的。此外，在本發明中使用的電解質是環境友好的電解質。檸檬酸能用作電解質。需要時，可將諸如甘氨酸的胺基酸用作電解質。換言之，本發明使用環境友好的電解質和環境友好的有機離子還原劑代替對環境有害的電解質，因此得到環境友好的銀納米粒。此外，在
本發明中使用的分散劑包括聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、泊洛沙姆407或泊洛沙姆188。在本發明中，優選將超純水用作用於製備電解質溶液的溶劑。此處，超純水為三次處理的蒸餾水並代表具有少量存在於自來水或瓶裝水中的陰離子和陽離子的去離子水。當製備銀納米粒時，將除環境友好的電解質和有機離子還原劑之外的作為雜質的陰離子和陽離子混合的情況下，在銀納米粒中可能產生雜質並可製備絡合物。因此，不可高效地獲得銀納米粒。因此，最好使用純淨水特別是超純水作為製備電解質溶液的溶劑。此夕卜，以20mmol至20. Ommol的量將還原劑放入反應容器10中。能通過反應時間和溫度檢測納米粒。—般而言，金屬原子需要能量以破壞金屬鍵，然後電離。在低壓下用於破壞金屬鍵然後電離的能量弱，因此沒有反應發生。然而，當在電極間施加高壓以超過金屬鍵的結合能時，離子排出進入溶液。在本發明中，當從電源(未示出)將結合能或高於結合能的高壓施加於陽極30時，通過還原劑將來自陽極30的銀離子(Ag+)還原為銀納米粒，或通過靜電吸引力而向陰極棒40移動，由此獲得電子，然後變成銀結晶。如上所述，參考圖2和圖3，當從電源(未示出)將結合能或高於結合能的高壓施加於陽極30時，溶於陽極30和來自陽極30的銀離子(Ag+)通過靜電吸引力而向陰極棒40移動。移動的銀離子(Ag+)獲得電子(e_)，然後生成為顆粒。此處，如果通過攪拌器20攪拌電解質溶液50以防止銀離子(Ag+)停留在陰極棒40的位置，那麼通過攪拌器24防止朝向陰極棒40的銀離子(Ag+)停留在負電極位置，因此有效地獲得小尺寸和均勻尺寸的銀納米粒。換言之，在它們在陰極棒40位置生長為結晶之前，通過電能而溶解的銀離子(Ag+)和來自銀(Ag)陽極30的銀離子(Ag+)在電解質溶液50中由還原劑還原為銀納米粒(Ag°)，並通過攪拌器24攪拌電解質溶液50以防止未被還原的銀離子(Ag+)在陰極棒40位置生長。通過攪拌器24的電磁旋轉實現電解質溶液50的攪拌，其中通過放置在反應容器10下部的磁驅動單元22來驅動放置在反應容器10內部的磁鐵塊20。當使用攪拌器24攪拌電解質溶液50時，使陰極棒40隨攪拌器24的旋轉同時旋轉，由此產生諸如湍流的渦流。在該情況下，例如，使攪拌器24的磁鐵塊20以逆時針方向旋轉，並且使陰極棒40以順時針方向旋轉，由此使攪拌器24的磁鐵塊20和陰極棒40以彼此相反的方向旋轉，從而最大化渦流的形成並加速納米粒的產生。電解質溶液50中渦流的形成防止了銀顆粒在溶液中的聚集和銀顆粒在陰極棒40的表面上結晶為金屬結晶，並能使離子易於移動以形成均勻的納米粒。—般而言，當進行電解過程中在兩個電極間施加金屬原子的結合能或高於結合能的高壓時，陽極的金屬原子斷裂金屬鍵並在電解質溶液中以金屬陽離子的形式排出，由此變成正電離的。這些陽離子通過在陽極和陰極間形成的靜電吸引力而移動至陰極，並從陰極獲得電子，然後產生顆粒並誘導成為結晶。在通過電解法產生金屬納米粒的情況下，電通量線密度集中在陽極和陰極電極間的特定部分的現象導致陽離子在具有高電通量線密度的陰極的特定部分中聚集。為了產生均勻的納米粒，這種現象是不期望的。因此，如果將陰極棒40的橫截面形成棒狀或倒截錐形狀或形成橢圓形狀，那麼能防止電通量線密度在陽極和陰極電極間的特定部分集中的現象，並能在陰極棒40的整個外表面上誘導均勻的電場。在下文，通過實施例更詳細地描述本發明。這些實施例僅說明本發明，並且不應理解本發明的範圍受這些實施例限制。實施例I無旋轉實驗在圖18中所示的電解裝置中，在電極支罩中，將由一種銀板製成的陽極電極和由碳棒製成的陰極電極以彼此間隔一定距離的形式放置。此處，將陰極電極旋轉放置在電極支罩的中心位置，並與電動機連接以在反應容器中通過旋轉而驅動。將使用磁鐵塊的攪拌器放置在反應容器的內部。因此，將反應容器配置以經歷由攪拌器引起的渦流現象的作用。在完全放置陽極和陰極電極之後，將諸如IL的超純水(去離子水)的添加劑和2. Ommol的作為電解質的檸檬酸、10. Ommol的作為還原劑的肼以及2. Og的作為分散劑的泊洛沙姆407分別放入反應容器中，並使用攪拌器攪拌直至它們完全溶解在反應容器中。加熱所有添加劑均溶解在其中的水溶液並將水溶液的溫度維持在90°C。然後,使由陰極棒形成的陰極電極不旋轉，並且在陽極和陰極電極間施加200V的直流(DC)電壓。當在陽極和陰極電極間施加DC電壓時，由於在水溶液中存在的電解質而產生電阻，因此產生熱量。因此，使穩定的冷卻水流在反應容器中流動，從而保持反應在恆溫下進行一小時。在電解過程中，將水電分解，由此產生氫氣和氧氣。使用與反應容器連接的指示器確定產生的氣體排出。通過FE-Sffl(場發射掃描電鏡)分析在電分解一小時之後獲得的在水溶液中存在的銀納米粒。如圖4所示，在分析結果中，獲得的銀納米粒的大小為平均lOOnm，銀納米粒的均勻性偏低，並且銀納米粒的形狀為多邊形。然而，發現沒有顆粒生長。實施例2IOOOrpm的旋轉實驗在實施例2中，使相應於陰極電極的碳棒在IOOOrpm下旋轉，並在與實施例I相同的條件下經歷一小時的電解。通過FE-SEM(場發射掃描電鏡)分析在通過電解而電分解之後獲得的水溶液。如圖5所示，在分析結果中，銀納米粒的大小為平均lOOnm，顯示銀納米粒的均勻性比實施例I更優異，並且銀納米粒的形狀為多邊形。然而，發現沒有顆粒生長。實施例31250rpm的旋轉實驗在實施例3中，使相應於陰極電極的碳棒在1250rpm下旋轉，並在與實施例I相同的條件下經歷一小時的電解。通過FE-SEM(場發射掃描電鏡)分析在通過電解而電分解之後獲得的水溶液。如圖6所示，在分析結果中，銀納米粒的大小為平均lOOnm，顯示銀納米粒的均勻性比實施例2更優異，並且銀納米粒的形狀為多邊形。然而，發現沒有顆粒生長。實施例4I5OOrpm的旋轉實驗在實施例4中，使相應於陰極電極的碳棒在1500rpm下旋轉，並在與實施例I相同的條件下經歷一小時的電解。通過FE-SEM(場發射掃描電鏡)分析在通過電解而電分解之後獲得的水溶液。如圖7所示，在分析結果中，銀納米粒的大小為平均lOOnm，顯示銀納米粒的均勻性比實施例3更優異，並且銀納米粒的形狀以多邊形和圓形的形式存在。然而，發現沒有顆粒生長。實施例51750rpm的旋轉實驗在實施例5中，使相應於陰極電極的碳棒在1750rpm下旋轉，並在與實施例I相同的條件下經歷一小時的電解。通過FE-SEM(場發射掃描電鏡)分析在通過電解而電分解之後獲得的水溶液。如圖8所示，在分析結果中，銀納米粒的大小為平均50nm，顯示銀納米粒的均勻性比實施例4更優異，並且銀納米粒的形狀大部分為圓形。然而，發現沒有顆粒生長。實施例62000rpm的旋轉實驗在實施例6中，使相應於陰極電極的碳棒在2000rpm下旋轉，並在與實施例I相同的條件下經歷一小時的電解。通過FE-Sffl(場發射掃描電鏡)分析在通過電解而電分解之後獲得的水溶液。如圖9所示，在分析結果中，銀納米粒的大小為平均50nm，顯示銀納米粒的均勻性與實施例5相似，並且銀納米粒的形狀大部分為圓形。然而，發現沒有顆粒生長。實施例73000rpm的旋轉實驗在實施例7中，使相應於陰極電極的碳棒在3000rpm下旋轉，並在與實施例I相同的條件下經歷一小時的電解。通過FE-Sffl(場發射掃描電鏡)分析在通過電解而電分解之後獲得的水溶液。如圖10所示，在分析結果中，銀納米粒的大小為平均50nm，顯示銀納米粒的均勻性與實施例5相似，並且銀納米粒的形狀大部分為圓形。然而，發現沒有顆粒生長。實施例8使用不鏽鋼(SUS 316)棒作為陰極
除了使用不鏽鋼(SUS 316)棒代替相應於陰極電極的碳棒之外，使實施例8在與實施例I相同的條件下經歷電解。通過FE-SEM(場發射掃描電鏡)分析在通過電解而電分解之後獲得的水溶液。如圖11所示，在分析結果中，銀納米粒的大小為均勻的，例如平均為IOOnm或更小，並且銀納米粒的形狀接近於有角度的橢圓形而不是圓形。然而，發現沒有結晶顆粒生長。實施例9使用鐵(Fe)棒作為陰極除了使用鐵(Fe)棒代替相應於陰極電極的碳棒之外，使實施例9在與實施例2相
同的條件下經歷電解。通過FE-Sffl (場發射掃描電鏡)分析在通過電解而電分解之後獲得的水溶液。如圖12所示，在分析結果中，銀納米粒的大小為均勻的，例如平均為IOOnm或更小，並且銀納米粒的形狀為圓形。然而，發現沒有結晶顆粒生長。對比實施例I使用銀(Ag)棒作為陰極除了使用銀(Ag)棒代替相應於陰極電極的碳棒之外，使對比實施例I在與實施例I相同的條件下經歷電解。證實在電解過程中結晶在Ag陰極棒的位置生長。因此，電解僅進行5分鐘，然後停止。如圖13所示，在通過FE-SEM(場發射掃描電鏡)進行的分析結果中，銀納米粒的大小為平均lOOnm，並且發現儘管反應時間短暫，但大部分顆粒生長。對比實施例2使用鋁(Al)棒作為陰極除了使用鋁(Al)棒代替相應於陰極電極的碳棒之外，使對比實施例2在與實施例I相同的條件下經歷電解。證實在電解過程中結晶在Al陰極棒位置生長。因此，電解僅進行20分鐘，然後停止。如圖14所示，在通過FE-SEM(場發射掃描電鏡)進行的分析結果中，銀納米粒的大小為平均200nm或更小，並且發現大部分顆粒生長。對比實施例3使用青銅棒作為陰極除了使用青銅棒代替相應於陰極電極的碳棒之外，使對比實施例3在與實施例I相同的條件下經歷電解。證實在電解過程中結晶在相應於陰極的青銅陰極棒位置生長。然後，電解進行I小時。如圖15所示，在通過FE-SEM(場發射掃描電鏡)進行的分析結果中，銀納米粒以平均IOOnm的銀顆粒和生長的銀顆粒的形式而存在。對比實施例4使用銅(Cu)棒作為陰極除了使用銅(Cu)棒代替相應於陰極電極的碳棒之外，使對比實施例4在與實施例I相同的條件下經歷電解。證實在電解過程中結晶在相應於陰極的Cu陰極棒位置生長。然後，電解進行I小時。如圖16所示，在通過FE-SEM(場發射掃描電鏡)進行的分析結果中，發現銀納米粒以生長為大尺寸的顆粒和200nm或更小的顆粒的形式而存在。對比實施例5使用銀(Ag)板作為陰極在對比實施例5中，在電極支罩中以彼此相隔的形式放置由銀板構成的陽極電極和由銀板構成的陰極電極。將陽極電極和陰極電極放置在反應容器中。將使用磁鐵塊的攪拌器放置在反應容器的內部。因此，將反應容器配置以經歷由攪拌器引起的渦流現象的作用。以該方式建立電解裝置。在完全放置陽極和陰極電極之後，將諸如IL的超純水(去離子水)的添加劑和2. Ommol的作為電解質的檸檬酸、10. Ommol的作為還原劑的肼以及2. Og的作為分散劑的聚
乙烯吡咯烷酮(PVP)分別放入反應容器中，並使用攪拌器攪拌直至它們完全溶解在反應容器中。將所有添加劑均溶解在其中的水溶液加熱以保持溶液溫度處於90°C，然後在陽極和陰極電極間施加200V的直流(DC)電壓。在該情況下，使陰極電極不旋轉。在電解過程中，分別在30秒、I分鐘、3分鐘、5分鐘、10分鐘和20分鐘的時間點獲得測試樣品。通過FE-SEM(場發射掃描電鏡)分析作為測試樣品而獲得的存在於溶液中的銀納米粒。如圖17所示，在通過FE-SEM(場發射掃描電鏡)進行的分析結果中，證實結晶在陰極電極位置生長。隨著時間的流逝，發現顆粒生長並發現即使在3分鐘左右的時間點15nm至150nm的各種尺寸的顆粒混合。在下列表I中總結實施例1-9和對比實施例1-5的結果。表I
權利要求
1.使用電解法製備銀納米粒的方法，所述製備銀納米粒的方法包括的步驟有 在反應容器中將還原劑和電解質溶解於水中，由此製備電解質溶液； 將由不同於待獲得的銀納米粒的材料製成的陰極放置在所述電解質溶液中以在所述反應容器中旋轉，並在位於所述陰極一定距離的位置放置至少一個由銀(Ag)製成的陽極； 通過在所述陰極和所述陽極間施加直流(DC)電源的電解法來電離位於所述陽極的銀，同時所述陰極旋轉；以及 通過所述還原劑還原所述銀離子，由此形成所述銀納米粒。
2.如權利要求I所述的方法，其中將所述陰極放置在位於所述反應容器基本上中心的部分。
3.如權利要求I所述的方法,其中通過攪拌器攪拌所述電解質溶液。
4.如權利要求I所述的方法，其中所述陰極由碳、不鏽鋼(SUS316)和鐵(Fe)中的任一種製成。
5.如權利要求I所述的方法，其中將所述陰極形成倒截錐結構、棒狀或橢圓棒狀。
6.如權利要求I所述的方法，其中將所述陽極形成板狀或棒狀。
7.如權利要求3所述的方法，其中將所述攪拌器的旋轉方向設定為與所述陰極的旋轉方向相反。
8.如權利要求I所述的方法，其中使所述陰極在1750rpm至6000rpm旋轉。
9.如權利要求I所述的製備銀納米粒的方法，其中所述還原劑為有機離子還原劑，並且所述電解質為檸檬酸或胺基酸。
10.用於使用電解法製備銀納米粒的裝置，所述製備銀納米粒的裝置包括 陰極，其放置在反應容器內的電解質溶液中以在所述反應容器中旋轉並且由不同於待獲得的銀納米粒的材料製成； 至少一個由銀製成的陽極，其位於所述陰極一定距離的位置；以及 電極支罩，其以絕緣形式支撐所述陰極和所述陽極，並具有向外部暴露的負極端子和正極端子以在所述陰極和所述陽極間施加電源用於進行所述電解法。
11.如權利要求10所述的裝置，其中將所述陰極放置在位於所述反應容器基本上中心的部分。
12.如權利要求10所述的裝置，其還包括用於攪拌所述電解質溶液的電磁驅動攪拌器。
13.如權利要求10所述的裝置，其中將所述攪拌器的旋轉方向設定為與所述陰極的旋轉方向相反。
14.如權利要求10所述的裝置，其中所述陰極由碳、不鏽鋼(SUS316)和鐵(Fe)中的任一種製成。
15.如權利要求10所述的裝置，其中使所述陰極在1750rpm至6000rpm旋轉。
16.如權利要求I所述的方法，其中所述水為純淨水或超純水(去離子水；去離子水)。
17.如權利要求10所述的裝置，其中在所述電解質溶液中使用的水為純淨水或超純水(去離子水；去離子水)。
全文摘要
本發明提供了使用環境友好電解法且以簡單方式製備均勻形狀和大小的銀納米粒的方法和裝置。所述製備銀納米粒的方法包括的步驟有在反應容器中將還原劑和電解質溶解於水中，由此製備電解質溶液；將由不同於待獲得的銀納米粒的材料製成的陰極棒放置在電解質溶液中以在所述反應容器中旋轉，並在位於所述陰極棒一定距離的位置放置至少一個由銀(Ag)製成的陽極；通過在所述陰極棒和所述陽極間施加直流(DC)電源的電解法來電離位於所述陽極的銀同時所述陰極棒旋轉，從而當攪拌所述電解質溶液時抑制所述陰極棒表面上的銀結晶，由此在所述電解質溶液中形成銀離子；以及由所述還原劑還原所述銀離子，由此形成銀納米粒。
文檔編號C25C5/02GK102803128SQ201080026841
公開日2012年11月28日 申請日期2010年6月14日 優先權日2009年6月15日
發明者崔珉榮, 韓柄善, 金太均, 宋容卨 申請人:阿莫綠色技術有限公司