以硝酸為穩(wěn)定劑制備微米級(jí)球形銀粉的研究

鄭 偉，哈 敏，安軍強(qiáng)，趙吉利

（1.西北稀有金屬材料研究院，寧夏 石嘴山 753000；2.寧夏特種材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 石嘴山 753000）

以硝酸為穩(wěn)定劑制備微米級(jí)球形銀粉的研究

鄭 偉1，2，哈 敏1，2，安軍強(qiáng)1，2，趙吉利1，2

（1.西北稀有金屬材料研究院，寧夏 石嘴山 753000；2.寧夏特種材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，寧夏 石嘴山 753000）

在微米級(jí)球形銀粉的制備過程中，以硝酸穩(wěn)定劑，不同硝酸量及溫度高低對(duì)球形銀粉的整體形貌造成影響。對(duì)此，為進(jìn)一步展開探討，文章針對(duì)硝酸穩(wěn)定劑在微米級(jí)球形銀粉制備中的應(yīng)用方式及效果進(jìn)行了研究。

穩(wěn)定劑；微米級(jí)；球形銀粉

銀粉屬于金屬類粉末，由于銀粉有優(yōu)良的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和延展性，應(yīng)用于多個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域。其中，應(yīng)用最廣泛的為電子領(lǐng)域，是當(dāng)前電子漿料的重點(diǎn)填充物。在隨著銀粉的不斷應(yīng)用下，電子工業(yè)對(duì)金屬銀粉的精細(xì)度要求已越來越高，制備出球形度好、粒度分布窄且分散性好的微米銀粉一直是眾多科研工作者研究的課題。

圖1　不同倍率下制備的銀粉形貌圖：（a）5000×；（b）10000×

圖2　粒度分布圖

1　硝酸穩(wěn)定劑在微米級(jí)球形銀粉制備中的應(yīng)用

在以往，許多生產(chǎn)商為控制銀粉的形狀與大小，為控制成本，會(huì)應(yīng)用液相化學(xué)還原法對(duì)銀粉的粒徑和形狀進(jìn)行控制。在金屬銀粉的市場(chǎng)發(fā)展下，行業(yè)對(duì)銀粉的需求正在朝著微米級(jí)發(fā)展，而傳統(tǒng)的濕化學(xué)還原法在應(yīng)用中大部分都集中于納米級(jí)銀粉制作中，在微米級(jí)球形銀粉的制作領(lǐng)域中缺乏研究［1］。后續(xù)許多研究者為探究該技術(shù)在微米級(jí)銀粉制備中的應(yīng)用效果，曾嘗試將硫酸作為穩(wěn)定劑制備微米級(jí)銀粉［2］，但這種制作過程存在缺陷，即加入硫酸后，會(huì)形成硫酸銀沉淀，使制備的微米級(jí)球形銀粉純度不高。對(duì)此，為完善這一問題，文章將硝酸作為穩(wěn)定劑利用硝酸銀溶液的液相還原方式制備微米級(jí)球形銀粉，引入少量分散劑，使微米級(jí)球形銀粉制備達(dá)到理想效果。

（1）試驗(yàn)。準(zhǔn)備材料：硝酸銀為銀源，還原劑選擇抗壞血酸，穩(wěn)定劑選擇硝酸。硝酸銀（AgNO3，河南桐柏銀礦有限責(zé)任公司），抗壞血酸（C6H8O6，天津市化學(xué)試劑三廠），濃硝酸（HNO3，西安鑫寶佳業(yè)化工有限公司），分散劑，以上試劑皆為分析純。

（2）制備。在50ml的去離子水里加入2.5g硝酸銀，將其進(jìn)行溶解后制備成溶液，加入少量分散劑，將1g稀硝酸溶液于在硝酸銀溶液進(jìn)行混合溶解，使其形成硝酸銀溶液。把已制備溶液溫度控制在25～35℃，為徹底反應(yīng)完全，抗壞血酸為還原計(jì)量的1.2～1.5倍，并將硝酸銀溶液和抗壞血酸溶液進(jìn)行混合，將其放于常溫下進(jìn)行快速攪拌，此時(shí)溶液顏色會(huì)發(fā)生變深，在2～5分鐘后溶液會(huì)由黑色變成土黃色。觀察溶液是否有沉淀生成，若有土黃色沉淀則可歸納為停止反應(yīng)。等沉降完全，用去離子水進(jìn)行洗滌，洗滌4～5遍，過濾，并在60℃的高溫下烘干出銀粉。

2　結(jié)果和討論

本次試驗(yàn)所得結(jié)果可從圖1中看出，銀粉結(jié)構(gòu)是由大小均勻的粒子組成，每顆粒子的直徑是2μm（見圖2），并從圖1中的a、b圖中可以發(fā)現(xiàn)，銀粉的形狀為類球形。

為觀察不同溫度對(duì)球形銀粉的形貌影響，本次研究在相同制備條件下，通過對(duì)溶液溫度的改變進(jìn)行銀粉制作，使粒子的形貌變化具有準(zhǔn)確依據(jù)。制備所得結(jié)果如圖3所示，從圖中可以發(fā)現(xiàn)，圖a的圖溶液溫度為25℃，圖b的圖溶液溫度為40℃，其銀粉分散性a比圖b分散性更好，因?yàn)殡S著溫度的升高，加快了粒子的布朗運(yùn)動(dòng)，使粒子間的碰撞頻率增加，容易發(fā)生聚集。

硝酸作為穩(wěn)定劑，其用量大小對(duì)球形銀粉是否會(huì)造成外形影響也是本文研究的關(guān)鍵之一。實(shí)驗(yàn)方式可在各個(gè)溶液保持相同溫度的情況下，利用對(duì)硝酸用量的加減觀察其對(duì)銀粉粒子的影響。所得結(jié)果可從圖4中看出，在圖a、b、c、d中的1g、0.5g、0.25g、0.1g的不同硝酸用量所得粒子中，其粒子形貌并未發(fā)生任何變化，粒子組成顆粒大小均勻。但是，當(dāng)硝酸用量調(diào)整至1g時(shí)，銀粉顆粒粒徑在2μm，當(dāng)硝酸用量調(diào)整為0.5g時(shí)，銀粉顆粒粒徑在1.5μm，硝酸用量調(diào)整至0.25g時(shí)，銀粉顆粒粒徑在1μm，當(dāng)硝酸用量調(diào)整為0.15g，銀粉顆粒粒徑在0.6μm.這意味著，在微米級(jí)球形銀粉制備中采用硝酸作為穩(wěn)定劑對(duì)硝酸銀進(jìn)行還原能夠根據(jù)銀粉顆粒大小作為制作指標(biāo)，從而對(duì)硝酸用量進(jìn)行控制［3］。

在酸性環(huán)境下化學(xué)反應(yīng)方程式為：

從式（1）可以看出，在酸性條件下，PH增大有利于反應(yīng)向右進(jìn)行，反應(yīng)速度加快，還原出來的銀原子逐漸增多，銀原子的過飽和度增大，晶體形核驅(qū)動(dòng)力增大，晶核的數(shù)量隨之增多。由于形核階段過量銀離子的消耗，使生長過飽和度降低，因此銀顆粒粒徑減小，比表面能增大，團(tuán)聚加劇，在酸性環(huán)境下超細(xì)銀粉分散性最好［4］。

圖3　不同溫度中的銀粉形貌（a、b）

圖4　不同硝酸量的銀粉形貌（a、b、c、d）

3　結(jié)論

（1）采用化學(xué)液相還原法，以硝酸為穩(wěn)定劑，抗壞血酸為還原劑，在加入少了分散劑下，制備微米球形銀粉。反應(yīng)溫度對(duì)銀粉形貌有很大的影響，當(dāng)溫度為25℃時(shí)，銀粉分散性最好。硝酸量對(duì)銀粉的粒度有很大的影響，隨硝酸量減少，銀粉粒度逐漸減小。

（2）該制備方式操作過程簡便，能夠滿足微米級(jí)球形銀粉的制備需求。同時(shí)，能夠滿足多個(gè)領(lǐng)域?qū)Σ煌轿⒚准?jí)球形銀粉的需求。

（3）西北稀有金屬材料研究院，改進(jìn)了現(xiàn)有的抗壞血酸還原體系，通過控制硝酸銀濃度、硝酸銀的量、分散劑用量等，控制球形銀粉的粒徑和分散性。該球形銀粉粒徑均勻，分散性和燒結(jié)活性良好，生產(chǎn)過程穩(wěn)定［5］。

［1］薛文明.粒徑可控的微納米銀粉制備及在導(dǎo)電油墨中的應(yīng)用［D］.電子科技大學(xué)，2015.

［2］蔡雄輝.采用硫酸作為穩(wěn)定劑制備微米級(jí)球形銀粉［J］.粉末冶金技術(shù)，2009，27（5）.

［3］劉曉剛.太陽能電池超細(xì)銀粉的制備及其對(duì)電極厚膜性能的影響［D］.中南大學(xué)，2014.

［4］甘衛(wèi)平.以甲級(jí)纖維素作為分散劑制備高分散超細(xì)銀粉［J］.粉末冶金材料科學(xué)與工程，2012，17（4）.

［5］王立惠，鄭偉，施文峰，等.一種微米級(jí)高活性球形銀粉的制備方法：中國，CN201210155326［P］.2012-05-18.

TH142

A

1671-3818（2016）09-0005-03

鄭偉（1983-），男，漢族，助理工程師，主要從事粉末冶金材料與技術(shù)相關(guān)的研究工作。