在由SMM主办的2024SMM(第十九届)铅锌大会暨铅锌技术创新论坛——白银论坛上,华中科技大学材料科学与工程学院副教授,硕士生导师谈发堂现场分享了超细银粉液相还原过程中的粒径形貌控制的相关技术。
超细银粉的应用与需求
最优的导电性、最高导热率、最强反射特性、 最快感光成像特性、最有效抗菌能力。
应用领域:电子/光电子、新能源、医疗保健、纳米技术、食品包装。
产品形式:粉末形式、溶液/浆料、涂层/薄膜、复合材料。
主要作用:导电性能、导热性能、电磁屏蔽、抗菌性能、催化性能、防腐性能
微纳米银粉在导电浆料、光电、催化、抗菌等领域的应用。
超细银粉的粒径控制
其介绍了超细银粉制备方法以及典型液相化学还原工艺流程。
其还介绍,银粉的形成可分为3个阶段,阶段Ι是形核之前的准备阶段,此时溶液过饱和度未达到临界成核浓度,没有晶核产生;阶段Π为形核阶段,此时溶液的过饱和度足以克服银原子的形核势垒,晶核大量生成,银原子被大量消耗,当银原子浓度下降到临界成核浓度时,进入到第3个阶段;阶段三为长大阶段,此时溶液中不再形成新的晶核,溶液中已存在的银晶核长大为银颗粒。
在介绍液相还原银粉质量控制因素时,其提及了银粉质量的主要影响因素:
在银粉制备过程中,有许多因素能对银粉的质量产生影响,如前驱体、还原剂、表面活性剂、反应温度、反应物浓度等。
(1) 前驱体的影响:不同的前驱体对银粉形貌的影响较大。谈发堂等[7]人在其他条件不变的条件下,分别以硝酸银溶液、经硝酸酸化的硝酸银溶液以及银氨溶液为前驱体进行实验。结果表明,当前驱体为硝酸银溶液时,银粉为表面粗糙的花状球形粒子;当前驱体为经硝酸酸化的硝酸银溶液时,银粉形貌为不太规则的多面体;而当前驱体为银氨溶液时,银粉为表面光滑的球形粒子。
(2)还原剂的选择:在液相化学还原法制备银粉过程中,使用的还原剂可以有很多种,还原性的强弱会对实验进程造成影响,常用的还原剂有NaBH₄[43]、N₂H₄·H₂O[44]、抗坏血酸[45]、甲醛[46]、双氧水[47]、葡萄糖[48]等。NaBH₄和N₂H₄·H₂O还原性较强,与银溶液反应速率很快,会在溶液中产生大量小颗粒银粉;抗坏血酸、甲醛和双氧水的还原性适中,反应速率相对较慢,能够对银粉进行有效调控;葡萄糖还原性较弱,在反应过程中还原银离子需要很长的时间,生产效率较低。
(3)表面活性剂的选择及用量:表面活性剂的的类型很多,有的通过改变银粉表面的电荷起到分散的作用,如CTAB、SDS等离子型表面活性剂;有的通过长链分子形成空间位阻起到分散作用,如阿拉伯树胶等高分子型表面活性剂;此外还有非离子型表面活性剂等,如聚乙二醇(PEG)、吐温(Tween)等。表面活性剂的类型不同,其分散与保护机理也不相同,用量也会有所区别,这些都需要通过实验进行确定。
(4)反应温度:温度太高或太低都不利于工业化生产,反应温度会影响化学反应速率,从而对银粉的形貌及分散性产生影响。
(5)反应物的浓度:一般来说,当反应物的浓度提高时,形核速率会加快。
超细银粉的形貌控制
超细银粉的液相还原与成本控制
最后,其还介绍了其所在的课题组相关研究领域与成果。