用于生产超细金属粉末的基于水溶液的方法技术

本发明专利技术提供一种通过还原金属的铵络合物水溶液来形成具有多个超细金属颗粒的组合物的方法，以及由此方法生产的组合物。还提供了用根据本发明专利技术的方法获得的多个超细金属颗粒涂覆的衬底。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术通常涉及超细金属组合物和生产该组合物的方法。本专利技术进 一步涉及用超细金属组合物涂覆各种衬底的方法。
技术介绍
超细金属颗粒具有许多独特的物理和化学性质，这使它们成为应用 于各种用途的理想材料，如电子、催化剂、冶金和装饰。与现有技术中 采用的制造颗粒的技术相比，此方法基于溶液中的化学沉淀而提供了诸 多优势，如低的生产成本和对金属颗粒形成机理的良好控制。现有技术 中的其他方法采用基于化学的技术，如基于醇或多元醇中的还原反应的一种方法，已经成功生产出Co、 Cu、 Ni、 Pb和Ag的微米和亚微米尺 度的金属粉末。例如，美国专利US 4,539,041讨论了一种生产微米尺度 的金属颗粒的方法，该方法利用多元醇将各种金属化合物转化成金属粉 末。Short的美国专利US 3,620,713和US 3,620,714公开了 一种生产用 于电子元件的铂和铂合金粉末的方法，其平均粒度为0.5-2 jim，该方法 中采用氢氧化铵现沉淀钼氨络合物，然后用肼还原以产生金属。Jost的 美国专利US 4,456,473和US 4,456,474 />开了 一种类似的工艺，该工艺 中银铵络合物在水中被肼还原以产生平均直径为0.6-5 Jim的颗粒。Lin 等人的美国专利US 5,413,617也公开了 一种在特定的温度范围内用含水 肼还原银铵络合物的方法以赋予高表面积的粉末未^^开过的粒度。根据 美国专利US 4,039,317 (Montino等人)，在高压釜中用氢还原4艮铵络合 物以提供粒径为0.5-3 fim的银，而同样还原不含氨的银的氧化物悬浮 体则报道产生小到0.1 nm的颗粒。用含水亚硫酸氢盐已将金-氨络合物还原成4 fim的金颗粒(Fraioli的美国专利US 5,413,617)。多元醇工艺因要求复杂的设备以及所用的有机溶剂的成本，因此 产生的金属粉末通常价格昂贵。水溶液方法花费少些，但除过需要高压 釜的Montini法，而水溶液方法不能产生小于约0.5 jim的颗粒。本专利技术 提供了一种能够在水溶液中经济有效地生成低分散的、晶体的、超细的 金属颗粒的方法。这种颗粒在许多领域，特别是电子领域中受到高度期 待。专利技术概述本专利技术提供了 一种形成具有多个超细金属颗粒的组合物的方法， 以及由此产生的金属组合物，根据此方法获得了多个超细金属颗粒，此 方法包括(a) 提供包含还原剂和稳定剂的还原性溶液；(b) 提供含有金属-氨络合物的金属-氨溶液；(c) 形成含有还原性溶液和金属-氨溶液的反应混合物；(d) 将反应混合物维持在足以使金属-氨络合物还原成金属颗粒的条 件下，由此产生多个超细金属颗粒；以及任选地，(e) 分离金属颗粒。在本专利技术的一个实施方案中，金属-氨络合物是氨与过渡金属或 贵金属，如Cu、 Pd和Ag的络合物，该络合物通过使含有金属盐的溶 液与氢氧化铵或氨反应形成。在某些实施方案中，还原剂是糖类，如D -葡萄糖。在某些实施方案中，稳定剂是水溶性树脂(如天然产生的、 合成的或半合成的水溶性树脂)或阿拉伯树胶。在通过水解分离金属颗 粒的过程中可以将阿拉伯树胶除去。多个超细金属颗粒可以具有至少一 种期望的特征，如密集的尺寸分布、低程度的团聚、高程度的结晶度以 及完全重新分散进液体(如水溶液)中以形成稳定的分散体的能力。在另一方面，本专利技术提供了一种用根据此处公开的方法获得的多 个超细金属颗粒涂覆的衬底。从下面的详细描述中，本专利技术的其他特征和优势将变得显而易见。 然而，应该理解此详细的描述和具体的实施例虽然表明了本专利技术的优选 实施方案，但是它们仅通过示例的方式给出，由此详细描述，在本专利技术 的主旨和范围内的各种变化和修改对本领域技术人员而言都是显而易 见的。附图筒述图l描绘了用于合成超细银颗粒的试验装置。图2显示了采用本专利技术的方法生产的超细4艮颗粒的FE-SEM图 像。(a) 198.7gAgN03和8ml/min的流动速率；(b ) 382 g AgN03和8 ml/min的流动速率；(c ) 382 g AgN03和30 ml/min的流动速率。釆用 两种放大倍数(25,000和IOO，OOO )的FE - SEM获得这些图4象。图3阐述了银颗粒的粒度分布(PSD)随数目(％ )(a)和体积(％ ) (b)的变化，其由382gAgN03在金属前体溶液的30ml/min的流动速 率下得到。图4显示了图2a所示的银颗粒的X-射线衍射图案。 专利技术详述正如此处和所附权利要求使用的，除非以其他方式在上下文中清楚 地表明，否则单数形式"一"、"一"和"一"包括多个指代。因此，例如， 提到的"颗粒"包括多个这种颗粒和本领域的技术人员已知的其等同物， 以及提到的"还原剂"指代一种或多种还原剂和本领域的技术人员已知 的其等同物，等等。所有的公开出版物、专利申请、专利和此处提到的 其他参考文献都被全文引入作为参考。本专利技术通常提供一种简单的和经济有效的基于化学的方法来生产 高分散性的超细金属粉末。本专利技术还提供具有至少一种期望特征的超细 金属颗粒，这些特征如密集的尺寸分布、低程度的团聚、高程度的结晶 度以及完全重新分散进液体(如水溶液)中以形成稳定的分散体的能力。本专利技术提供一种生产金属粉末的方法，以及还提供由此生产的金属粉末，此方法包括步骤(a)提供包含还原剂和稳定剂的还原性溶液； (b)提供含有金属-氨络合物的水溶液；(c)形成含有还原性溶液和 水溶液的反应混合物；(d)将反应混合物维持在足以使金属-氨络合物 还原成金属颗粒的合适的条件下(如pH和温度) 一段时间；以及任选 地，(e)分离金属颗粒。本专利技术的方法可以用于制造各种金属的超细颗粒，如Ag、 Au、 Co、 Cr、 Cu、 Fe、 Ir、 Mo、 Ni、 Nb、 Os、 Pd、 Pt、 Re、 Rh、 Ru、 Sn、 Ta、 Ti、 V和W,以及含有这些金属的合金或组合物。金属-氨络合物可以 与还原性组合物或还原剂混合，其在各种反应条件下将金属离子转化成 超细金属颗粒。使用在本专利技术方法中的金属-氨络合物可以是氨与那些过渡金属 和贵金属的络合物，如Ag、 Au、 Co、 Cu、 In、 Ir、 Ni、 Nb、 Os、 Pd、 Pt、 Re、 Rh和Ru，以及其组合物，其是可控制的以便通过用还原性糖 还原前体化合物来生产。在一个实施方案中，可以通过将含金属盐的溶 液与氢氧化铵或氨反应来得到金属-氨络合物。例如，可以将198.7 g AgN03溶解在234 ml的去离子水中。当硝酸银完全溶解后，将195 ml 氲氧化铵添加进硝酸银溶液中，同时搅拌溶液。然后添加去离子水(292 ml)至银氨溶液的总体积达到720 ml。此溶液应该用铝箔密封(防止氨 蒸发)并避免光照。正如此处和所附权利要求中使用的，术语"还原性组合物"或"还原 剂，，包括任何还原性物质以及其组合物，这些物质能够将金属离子还原 成金属颗粒，如，不限于，醛、醛糖、水合肼，尤其是还原性糖类(包 括单糖、二糖、低聚糖和多糖)。还原性糖的示例包括，但不限于，抗坏血酸、甘油醛、赤藓糖、苏糖、核糖、阿拉伯糖、木糖、来苏糖、阿 洛糖、阿卓糖、葡萄糖、右旋糖、甘露糖、古洛糖、艾杜糖、半乳糖、 塔罗糖、乳糖、麦芽本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包含由以下方法获得的多个超细金属颗粒的组合物，所述方法包括：　（ａ）提供包含还原剂和稳定剂的含水还原性溶液；　（ｂ）提供含有金属－氨络合物的含水金属－氨溶液；　（ｃ）通过逐渐地将所述金属－氨溶液加入到所述还原性溶液中形 成含水反应混合物；以及　（ｄ）将所述反应混合物维持在足以使所述金属－氨络合物还原成多个超细金属颗粒的ｐＨ和温度下。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹尼尔V戈亚，丹尼尔安德烈埃斯库，克里斯托弗M伊斯曼，
申请(专利权)人：纳米动力公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]