分散剂在纳米银制备中的影响

摘要 ： 采 用 水 热法 制 备 了 ３ ０ ｎ ｍ 左 右 的 纳米 银 颗 粒 ， 分 别 研 究 了分 散 剂 的 浓 度 和不 同种 类 的 分 散 剂 聚 乙二 醇 、 聚乙烯毗略烷酮、 十
六烷基溴化铵和 聚乙烯醇等在纳米银 制备 中的影响 ， 结果表明 ： 在此 制备 纳米银 的方法 中聚 乙烯吡略烷酮 的分散效果最好 ， 颗粒
２ ． １ ． ２ 银 制备有着重要 的影 响 ， 在纳米
银 制备 过 程 中 ， 如果 分散剂 的浓 度偏低 ， 纳 米 银 颗 粒 就 会 呈 现 不均 匀 的 分 散 ， 并 且在 聚集 中形成 颗粒 团聚 ， 产 生 更 大 的 颗粒 ， 导 致 纳 米 银 的 分 散 效 果 欠 佳 。 在 分 散 剂 的 溶 液 浓 度 达
Ｌｉ ｕ Ｙ ａ ｒ ｔ ｅ
（ Ｄ ｅ ｐ ａ ｒ ｔ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ｓ ， Ｌ ｖ ｌ ｉ ａ ｎ ｇ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ， Ｌ ｖ ｌ ｉ ａ ｎ ｇ ０ ３ ３ ０ ０ ０ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａｃ ｔ ： Ｓｉ ｌ ｖ ｅ ｒ ｎ ａ ｎ ｏ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｗｅ ｒ ｅ ｐｒ ｅ ｐａ ｒ ｅ ｄ ｂ ｙ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｔ ｈｅ ｒ ｍａ ｌ ｓ ｉ ｌ ｖ ｅ ｒ ｂ ｙ ｎ ａ ｎ ｏ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ｏ ｆ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ３ ０ ｎ ｍ ．Ｔｈｅ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｗｅ ｒ ｅ
ｐ ｏ ｌ ｙ ｖ ｉ ｎ ｙ ｌ ｐ ｙ ｒ ｄ ｉ ｄ—ｄ ｏ ｎ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｗｅ ｒ ｅ ｔ ｈ ｅ ｂ ｅ ｓ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｕ ｎ ｉ ｆ ｏ ｒ ｍｌ ｙ ｄ ｉ ｓ ｐ ｅ ｒ ｓ ｅ ｄ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ ａ ｎ ｄ ｓ ｉ ｚ ｅ ｕ ｎ ｆ ｉ ｏ ｒ ｍｉ ｔ ｙ ． Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ： ｄ ｉ ｓ ｐ ｅ ｓａ ｒ ｎ ｔ ；ｎ ａ ｎ ｏ—ｓ ｉ ｌ ｖ ｅ ｒ ；ｄ ｉ ｓ ｐ ｅ ｓｉ ｒ ｏ ｎ
到纳米银分散要求时 ， 吸附在银 纳米颗粒表面 的分散剂 提供
静电排斥作用 ， 抑 制初 始阶段 形成 的颗粒 团聚 ， 从 而形成较
化 学 法 分 散 纳 米 颗 粒 就 是 通 过 在 液 态 介 质 中进 行 颗 粒 分散 ， 从 而 在 聚集 平 衡 情 况 下 实 现 分 散 。 化 学 分 散 就 是 在 外 界作用力下克服范 德华 力 ， 在 一定 程度 上 ， 尽 管 通 过 施 加 外 界 作 用 力 可 以克 服 范 德 华 力 作 用 ， 维 持 颗 粒 在 介 质 中 的 稳 定 分散 。 向 体 系 中 添加 可 以在 颗 粒 表 面 吸 附 的 分 散 剂 ， 对 颗 粒 进 行 表 面改 性 ， 使 颗 粒 和 颗 粒 及 颗 粒 和 介 质 问 的 作 用 发 生 改
作用 ； 第四， 溶剂化作用 。当离子吸附在颗粒表面时 ， 颗粒表
面产生极性 区域 ， 在该 区域极化作用 的影 响下溶剂分子围绕
在离 子 周 围形 成 溶 剂 化 作 用 ， 颗 粒之 问 相 互 接 近 时 受 到 的 排 斥 力 即为 溶 剂 化 作 用 力 。
２ ． １ ． １ 物 理 分散 机 理
ｐ ｏ ｌ ｙ ｖ ｉ ｎ ｙ ｌ ａ ｌ ｃ ｏ ｈ ｏ ｌ ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｉ ｎｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｉ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｎ ａ ｎ ｏ —ｓ ｉ ｌ ｖ ｅ ｒ ． Ｔｈｅ ｒ ｅ ｓ ｕ ｌ ｔ ｓ ｓ ｈｏ ｗ ｔ ｈａ ｔ ：ｓ ｉ ｌ ｖ ｅ ｒ ｎ ａ ｎｏ ｐａ ｔｉ ｒ ｃ ｌ ｅ ｓ ｄｉ ｓ ｐｅ ｓｅ ｒ ｄ ｉ ｎ
对于纳米银制备有着重要 的作用 ， 研究分散剂 在纳米银制备 中的影响能够进一步掌握工艺特性 ， 为纳米银 制备提供最优
的分散剂 Ｊ 。本文分析了分散剂在纳米银制备 中的影 响 ， 详
细 介 绍 了分 散剂 在 纳 米 银 中的 应 用 过 程 ， 从 而为纳米银制备
分散剂维 持 纳米 颗 粒 的 分散 性 Ｊ 。纳 米银 颗 粒 的尺 寸 在
１ ． ２ 实 验 过 程
将１ ｇ 分散剂聚乙二醇 溶于 ２ ０ ｍ Ｌ水置 玻璃 杯 中， 用玻 璃棒不停 的搅拌使其 充分溶解 ， 配制 ０ ． ２ ５ ｍ ｏ ｌ ／ Ｌ葡萄糖还原 剂１ ０ ｍＬ ， 将其溶于配制好 的分散 剂溶液中 ， 最后配制硝酸银
溶液 ２ ０ ｍ Ｌ， 将其加入到之 前配好 的含 有分 散剂 的还原 剂溶 液中还原 ， 将所得溶液装入水热反应 釜中置于恒 温箱中加热
成分 ， 由于其 自身具备宏 观量 子隧道效应 、 量子尺 寸效 应、 表
面效应 、 体积效应等特性 ， 是 工 业 和 生 物 医 疗 领 域 中 的 重 要 材 料 … 。纳 米 银 在 光 学 、 电子学 、 热 学 以 及 生 物 医 药 材 料 中 表 现 有 特 殊 的性 质 ， 还 具 有 磁 性 和优 良 的抗 菌 性 能 ， 有 着 广
８ ｈ ， 温度为 １ ５ ０ ￣ Ｃ， 取 出样品 自然冷却到室 温 ， 利用 离心机清
洗所制得的纳米银溶液 ， 最后将所得 纳米 银粉置 于干燥 箱 中
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ５— ０ １—１ ２
物理分散 法根据具体 的作 用机理分 为机械分散法和超
作者简 介 ： 刘艳娥 （ １ ９ ８ ５ 一） ， 女， 山西柳林人 ， 助教 ， 主要从事纳米银抗菌材料 的研究 。
纳米银是现代基 因疗 法 、 分子诊 断 、 低温超 导材料 抗菌
材料 、 防静电材料 、 电 子 元 器 件 以 及 工 业 催 化 材 料 中 的 关 键
干燥 得样 品纳 米 银 粉 ， 更换分 散剂 的种类 ， 分 别将 其 换 为 聚 乙烯 吡 咯烷 酮 、 十 六 烷 基 溴 化 铵 和 聚 乙烯 醇重 复上 述 实 验 。
一
工艺的发展提供参考 。
ｌ 实验部 分 １ ． １ 实验仪器 与材 料
水热反应釜 ， 玻璃杯 ， 玻 璃棒 ， 离 心机 ， 量筒 ， 恒温 箱 ， 真
空 干燥 箱 ， 电子 天 平 ， 蒸馏水 ， 硝 酸银 ， 葡萄糖 ， 聚 乙二 醇 ， 聚 乙烯 吡 咯 烷 酮 ， 十六烷基溴化铵 ， 聚 乙烯 醇 。
小的银纳米颗粒 。同时 ， 在分 散剂 浓度存在 较小 差异 、 纳米
银 颗 粒 尺 寸 变 化 范 围 较 大 的溶 液 中 ， 分 散 剂 的浓 度 越 大 溶 液 的 电解 质 也 会有 更 大 的 浓 度 ， 就 会 导 致 纳 米 银 颗 粒 的表 面 呈
现双电层结构 ， 从而促使 纳米银 颗粒 出现 团聚现象。纳 米银
更 持 久 。 本文 所 涉 及 的 分 散 剂 聚 乙 二 醇 、 聚乙烯 毗咯烷 酮 、
十六 烷基 溴化铵 和 聚乙烯醇 属 于化学 分散 机理 。这 类分散 剂主要通 过所带 的特定官能 圃发生电解而 带电 ， 并吸附在 纳 米颗粒表面形成双电层结构 ， 通 过静 电稳定作 用维持颗粒 分 散。其中 ， 分散剂应用 中采用不 同的参数就 会达到不 同的制
１ ０ ０ ｍ ｍ范围 内， 介 于通 常 的微 观颗 粒 和原 子簇 尺寸 之 间。 纳 米 粒 子 具有 的 高 比表 面 积 及 表 面 能使 颗 粒 之 间 具 有 互 相
团聚来降低其 表面能的趋势 ， 而 团聚 的存在将 大大影响纳米
颗 粒 所 具 有 的 优势 。 物理 颗 粒 之 间 的 作 用 包 括 以下 方 面 ： 第
・
９ Ｏ・
山 东 化 工 Ｓ Ｈ Ａ Ｎ Ｄ ０ Ｎ Ｇ Ｃ Ｈ Ｅ ＭＩ Ｃ Ａ Ｌ Ｉ Ｎ Ｄ Ｕ Ｓ Ｉ ＲＹ
２ ０ １ ５年 第 ４ ４卷
分 散 剂 在 纳 米 银 制 备 中 的 影 响
刘 艳娥
（ 吕梁学院 物理 系， 山西 吕梁 ０ ３ ３ ０ ０ ０ ）
２ 结果 与讨论
２ ． １ 纳 米银颗 粒分散 机理
基于不同的分散原理 ， 纳米银颗粒的分散 主要 有两类方 法， 即物理分散和化学分散 。物理分散 主要包 括超声分 散和
机 械 分散 。化 学 分 散 主 要 是 通 过 向分 散 体 系 中 添 加 适 宜 的
阔的应用前景 Ｊ 。分散剂是纳米银 制备过程 中的重要 材料 ，
分散均匀 ， 尺 寸大 小 均 一 。
关键词 ： 分散剂 ； 纳米银 ； 分散性
中 图分 类 号 ： Ｔ Ｑ ３ １ ４ ． ２ ５ ５ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ ８— ０ ２ １ Ｘ（ ２ ０ １ ５ ） ０ ３— ０ ０ ９ ０－０ ２
Ｔｈ ｅ Ｉ ｍｐ ａ ｃ ｔ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｄｉ ｓ ｐ ｅ ｒ ｓ ａ ｎｔ ｉ ｎ ｔ ｈｅ Ｐｒ ｅ ｐ ａ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｓ ｉ ｌ ｖ ｅ ｒ Ｎａ ｎ ｏ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｓ
备效果。
纳米银 的扫描 电镜 图片 ， 图 １ （ ａ ） 为不 加分散剂 时的纳 米银
图片， 从 图 中 可 以 看 出 纳 米 银 颗 粒 团 聚 比较 严 重 ， 完全 没 有
分散开来 ； 图 ｌ （ ｂ ） 为加入聚 乙烯 吡咯烷酮 为 １ ｇ时的纳米银 图片 ， 从图看 出当聚 乙烯吡咯烷 酮为 １ ｇ 时， 纳米银 颗粒分散
，
范德华作用 。由于分子 和原 子之 间存 在聚合作 用 ， 使宏
观物体存在相互吸引 力 ， 从 而使 物体相 互靠近 ， 这就 是颗粒 间存在的范德华 力 ； 第二， 静 电作 用。静 电是在解离 和吸附 电荷后所形成 的 吸引 作用 ， 颗 粒 问的静 电作 用方 向可能相
同， 也可能相反 ， 具 体与颗 粒电荷形 式有关 ； 第三 ， 空 间 位 阻 作 用 。 由于 颗 粒 表 面 能 够 吸 附 高 分 子 活 性 剂 ， 并 且 在 颗 粒 之 间形 成 相 互 排 斥作 用 的 高 分 子保 护 膜 ， 从 而 产 生 了空 间 位 阻
ｓ ｔ ｕ ｄ ｉ ｅ ｄ ａ ｂ ｏ ｕ ｔ ｄ ｉ ｓ ｐ ｅ ｒ ｓ ａ ｎ ｔ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｄ ｉ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｔ ｙ ｐ ｅ ｓ ｏ ｆ ｄ ｉ ｓ ｐ ｅ ｓａ ｒ ｎ ｔ ｓ ｐ ｏ ｌ ｙ ｅ ｔ ｈ ｙ ｌ ｅ ｎ ｅ ｇ ｌ ｙ ｃ ｏ ｌ ，ｐ ｏ ｖ ｉ ｄ ｏ ｎ ｅ，ｃ ｅ ｔ ｙ ｌ ｂ ｒ ｏ ｍｉ ｄ ｅ ａ ｎ ｄ
第 ３期
刘艳娥 ： 分散剂在纳米银制备中的影响
・ ９ ｌ・
声波分散 ， 其 中， 机械分 散法 就是 通过 相应机 械作 用力达 到 分散纳米颗粒的作用 ， 而超声波 分散 就是借 助超声波具备 的
功率 、 频 率 达 到分 散 物 理 颗 粒 的 效 果 ， 在 纳 米 银 颗 粒 的 分 散 中也 有 采 用 这 两 种 方 法 的 制 备 工 艺 。
颗粒分散过程 中， 分散 剂 的浓度 和纳米银 颗粒尺 寸 、 尺 寸 分
布都有着密切的关系 ， 只有符合纳米银溶 液的浓度才能获得 良好的分离效果 ， 分散剂的溶度过高或者过低 都不利于纳米
银 的 制 备 。 如 图 １为分 散 剂 聚 乙 烯 吡 咯 烷 酮 在 不 同 浓 度 下
变， 颗粒 间产生排斥作 用 ， 这种 化学 法稳 定浆 料的作 用可 以