專利名稱：合成納米粒子的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及納米粒子的合成，特別涉及一種微乳液法合成納米粒子的方法。
背景技術：
1959年諾貝爾物理學獎獲主費曼在美國物理學年會中表示能在納米小尺寸上進行操作將會得到具有大量獨特性質的物質，此為對納米技術最早的預言。納米材料的發(fā)展追溯到上世紀50年代有關納米陶瓷材料的研究與應用；70年代末至80初期，主要針對一些納米材料物理及化學性質的探討；到90年代，納米技術則更為蓬勃發(fā)展并大量用于各領域上。
納米粒子是指粒徑為1～100nm范圍內的粒子，其顆粒尺寸小于一般機械研磨可得到的最小粒徑(1～100μm)，故又稱為超微粒子。當固體顆粒尺寸逐漸降低到某一限度時，由于粒子的表面效應、體積效應以及內外交互作用力使得其物理與化學性質與塊狀材料有顯著差異。
金屬納米氧化物粉體的合成方法通常有物理法和化學法。物理法是指采用特殊的粉碎技術，將普通金屬氧化物粉碎成超細粉末，一般情況下機械粉碎法只能得到小于1μm的顆粒，目前開發(fā)的主要是氣流粉碎技術，此法耗能大，易引入雜質。
化學法可直接得到納米級的超細粉?；瘜W法一般可分為固相法、液相法和氣相法，固相法是指利用研磨技術首先制備固相前驅體，然后將固相前驅體在高溫下分解得納米粉體，其為近年來剛發(fā)展起來的技術。液相法一般包括溶膠-凝膠法、醇鹽水解法及直接沉淀法等，溶膠-凝膠法是指以金屬醇鹽為原料，在有機介質中進行水解、縮聚反應，使溶液經溶膠、凝膠化過程得到凝膠，凝膠經干燥、鍛燒成粉體；醇鹽水解法是利用金屬醇鹽在水中快速水解形成氫氧化物沉淀，沉淀經水洗、干燥、鍛燒而得到納米粉體；直接沉淀法是指在可溶性金屬鹽溶液中加入沉淀劑以得到納米粉體的方法。氣相法一般包括氣相氧化沉積法、水熱法及微乳液法等，氣相氧化沉積法是指以氧氣為氧源，金屬粉為原料，以惰性氣體為載氣，在高溫下發(fā)生氧化反應制得納米氧化物粉體；水熱法是利用水熱反應制備納米粉體的一種方法；微乳液法利用微乳液的特殊結構即分散相本身的粒徑就在納米范圍內，特別是油相包圍水相的W/O型微乳液體系，金屬鹽類可以溶解在水相中，形成極微小且被表面活性劑、油相包圍著的水核，在這些水核中發(fā)生沉淀反應產生納米級微粒，且微粒比較均勻，該法的優(yōu)點是設備簡單、操作容易、粒徑大小可控、易于實現連續(xù)化生產。
微乳液一般由四種組份組成，即表面活性劑、助表面活性劑(一般為脂肪醇)、有機溶劑(一般為烷烴或環(huán)烷烴)以及水。與熱力學不穩(wěn)定的普通乳狀液相比，它是一種熱力學穩(wěn)定的分散體系，由大小均勻、粒徑在10nm～20nm的小液滴組成。微乳液組成確定后，液滴的粒徑保持定值。
1982年，Boutonmt首先在W/O型微乳液水核中制備出貴金屬鹽，得到單分散的Pt(鉑)、Pd(鈀)、Ru(釕)、Ir(銥)金屬顆粒。從此微乳液法制備納米粉體技術廣泛展開。
但是，目前利用微乳液法合成納米粒子時，通常要用到表面活性劑，使水相和油相形成微乳液，而表面活性劑本身對微乳液的性能有一定的影響，常常造成反應產率較低。為此，提供一種具有較高產率的合成納米粒子的方法是非常必要的。

發(fā)明內容以下將以若干實施例說明本技術方案合成納米粒子的方法。
為實現上述內容，提供一種合成納米粒子的方法，其包括以下步驟提供一水相反應物和一油相反應物；混合該水相反應物和油相反應物，并對其進行離心攪拌得到納米粒子。
該水相反應物含金屬離子或金屬絡離子，該油相反應物為有機溶劑或含金屬化合物的有機溶液。
該反應過程中離心攪拌轉速為10000r/min以上。
該反應過程進一步包括對反應物進行加熱。
另外，又提供一種合成納米粒子的方法，其包括以下步驟提供一第一微乳液體系和一第二微乳液體系；混合該第一微乳液體系和第二微乳液體系，并對其進行離心攪拌得到納米粒子。
本技術方案合成納米粒子的方法，與現有技術相比具有以下優(yōu)點首先，采用高轉速離心作用使水相與油相反應原料能夠充分均勻混合形成油包水型微乳液，相較傳統(tǒng)微乳液反應，不需加入表面活性劑，避免造成微乳液性能的降低；其次，高轉速離心攪拌作用，使得形成的微乳液可獲得較高的能量，可降低鍛燒所需的溫度；再次，兩個微乳液體系進行反應，使水相反應物均可分別形成微乳液體系進行反應。

圖1是本技術方案第一實施例合成納米鈷酸鋰的流程圖。
圖2是本技術方案第一實施例合成納米鈷酸鋰的反應裝置示意圖。
具體實施方式
下面將結合附圖及實施例對上述合成納米粒子的方法作一步詳細說明。
本技術方案合成納米離子的方法，包括以下步驟首先，提供一水相反應物和一油相反應物；其次，混合該水相反應物和油相反應物，并對其進行離心攪拌得到納米粒子。
該合成納米離子的方法中，水相反應物和油相反應物的混合物在離心攪拌作用下形成微乳液反應體系，即W/O型(油包水型)納米反應體系。待合成的納米粒子包括金屬納米粒子、納米金屬氧化物，納米金屬鹽類等，水相反應物和油相反應物的成分需根據預合成納米離子來確定。合成反應過程中，離心攪拌需達到一定轉速方可形成微乳液反應體系，具體轉速合成不同納米粒子時的要求不同。
結合圖1，本技術方案第一實施例以合成納米鈷酸鋰為例說明本發(fā)明合成納米粒子的過程步驟1，提供水相反應物和一油相反應物。水相反應物為鋰鹽溶液或鋰絡和物，只要可提供鋰離子便可，這里以鋰鹽溶液作為水相反應物。油相反應物為有機鈷化物溶液。
步驟2，混合該水相反應物和油相反應物，并對其進行離心攪拌得到納米粒子。
本實施例合成納米鈷酸鋰在如圖2所示的反應裝置1中進行，該反應裝置1包括一反應室10及一離心裝置20。該反應室10是一具有內部空腔的筒型體，該反應室10包括一本體101、一進料端102及一泄料端103。一進料管104設置于進料端102并和本體101相連通，一泄料管105設置于泄料端103并和本體101相連通，泄料管105的直徑大于進料管104的直徑。
離心裝置20包括一攪拌端201及一固定端202，攪拌端201上設有一離心攪拌器203，攪拌端201固定于進料端102上，離心攪拌器203處于本體101內，最好處于本體101的中央，固定端202上設有控制器(圖未示)可對離心攪拌器203的攪拌速度、攪拌方向以及其在本體101中的位置進行控制，離心攪拌器203可受控沿本體101的軸線上下移動。
該反應裝置1還包括一溫控裝置30，其設于反應室10和離心裝置20之間。該溫控裝置30具有一溫度感測端301和一信號傳送端302，其中，該溫度感測端301設置于本體101中并和其中的反應物接觸，信號傳送端302和固定端202相連接，通過溫度感測端301對反應溫度的感測，信號傳送端302受到信號并傳送給固定端202上的控制器，控制器將做出響應對攪拌器203進行控制。
將鋰鹽溶液和有機鈷化合物溶液按照一定配比配置，從進料管104分別加入或混合后加入反應室10中，水相和油相將會分為上下兩層，有機鈷化物溶液位于上層，鋰鹽水溶液位于下層。
開動離心裝置20，一定反應條件下，使離心攪拌器203對反應物進行高轉速離心攪拌，在此高離心作用下，水相和油相可形成油包水型微乳液，一定溫度下，生成納米鈷酸鋰。本實施例利用高轉速離心攪拌作用便可形成微乳液，不需加入表面活性劑，從而避免表面活性劑對微乳液所產生的副作用。
通常情況下，離心攪拌器203的轉速不低于10000r/min，具體轉速根據待合成的納米鈷酸鋰的粒徑及其他性能具體設定。反應過程中，設定一反應所需的最佳溫度，即反應轉化率最高時所需的溫度，保持溫度感測端301與反應物充分接觸，控制該最佳溫度，確保反應在較高轉化率下進行，且恒定溫度下利于得到粒徑均勻的納米鋰鈷氧化物產物。在該反應條件下，控制反應時間，使反應原料充分反應。
為得到高產率的納米鈷酸鋰，上述離心攪拌過程最好在高溫環(huán)境中進行，如可將反應混合物進行高溫鍛燒，現有技術在無高轉速離心攪拌作用情況下，利用微乳液法合成納米鈷酸鋰需要在800～900℃甚至更高的溫度下鍛燒得到產物，本實施例高轉速離心攪拌可使形成的微乳液獲得較高的能量，其高溫鍛燒的溫度可低于800℃。
步驟3，對納米鈷酸鋰產物進行提純。上述所得的納米鈷酸鋰產物和反應原料混在一起，要得到較純的納米鈷酸鋰產物需進行分離。納米鈷酸鋰易分散于水中，可向反應室中加入純水，攪拌混勻，利用萃取法將納米鈷酸鋰從水溶液分離出來，并進行加熱蒸去水分，得固體納米鈷酸鋰產物。
本技術方案第二實施例以合成納米氯化銀為例說明本發(fā)明合成納米粒子的過程。其合成步驟和第一實施例類似，不同的是，該反應過程形成兩個微乳液體系。具體過程為首先，提供硝酸銀水溶液作為水相反應物，油相反應物為有機溶劑，如液態(tài)的直鏈烷烴或環(huán)烷烴等，將硝酸銀水溶液和有機溶劑混合后，進行高轉速離心攪拌形成第一微乳液體系；其次，將氯化鈉水溶液作為水相反應物，油相反應物為有機溶劑，如液態(tài)的直鏈烷烴或環(huán)烷烴等，將氯化鈉水溶液和有機溶劑混合后，進行高轉速離心攪拌形成第二微乳液體系；再次，將第一微乳液體系和第二微乳液體系混合，并進行高轉速離心攪拌使其發(fā)生反應生成納米氯化銀產物。
納米氯化銀產物為固態(tài)，不溶于水和有機溶劑，可通過過濾將其和反應混合物分離。
上述兩個實施例均以合成納米金屬鹽為例說明本發(fā)明合成納米粒子的過程。
本技術方案第三實施例以合成納米金屬離子為例說明本發(fā)明合成納米粒子的過程，其中待合成的金屬粒子為納米鎳。該過程類似第二實施例，首先，以氯化鎳(NiCl2)溶液和有機溶劑為原料制備第一微乳液體系；其次，以還原性的有機溶劑或無機還原劑制備第二微乳液體系，這里以氨水和有機溶劑為原料制備第二微乳液體系；再次，將第一微乳液體系和第二微乳液體系混合，并進行高轉速離心攪拌使其發(fā)生反應生成納米鎳粒子。最后，經過濾將鈉米鎳和反應混合物分離。
本技術方案第四實施例以合成納米金屬氧化物為例說明本發(fā)明合成納米粒子的過程，其中待合成的納米金屬氧化物為四氧化三鐵。該過程類似第二實施例，首先，以氯化亞鐵或氯化鐵溶液和有機溶液為原料制備第一微乳液體系；其次，以氨水和有機溶劑為原料制備第二微乳液體系；再次，將第一微乳液體系和第二微乳液體系混合，并進行高轉速離心攪拌使其發(fā)生反應，高溫干燥得到納米四氧化三鐵粉體。該實施例中，參與反應的反應物氯化亞鐵或氯化鐵溶液和氨水均為水相反應物，直接混合不能形成為乳液體系，本實施例利用第一實施例中形成微乳液的方法形成兩個微乳液體系進行反應得到納米四氧化三鐵產物；其優(yōu)點在于反應物不一定為水相和油相時才可利用微乳液反應得到納米粒子。同樣，第二實施例和第三實施例中，參與反應的反應物也均為水相物質，同理利用第一實施例中形成微乳液的方法形成兩個微乳液體系進行反應以制得納米粒子。
本技術方案合成納米粒子的方法，與現有技術相比具有以下優(yōu)點首先，采用高轉速離心作用使水相與油相反應原料能夠充分均勻混合形成油包水型微乳液，相較傳統(tǒng)微乳液反應，不需加入表面活性劑，避免造成微乳液性能的降低；其次，高轉速離心攪拌作用，使得形成的微乳液可獲得較高的能量，可降低鍛燒所需的溫度；再次，兩個微乳液體系進行反應，使水相反應物均可分別形成微乳液體系進行反應。
權利要求
1.一種合成納米粒子的方法，其包括以下步驟提供一水相反應物和一油相反應物；混合該水相反應物和油相反應物，并對其進行離心攪拌得到納米粒子。
2.如權利要求1所述的合成納米粒子的方法，其特征在于，該水相反應物含金屬離子或金屬絡離子。
3.如權利要求1所述的合成納米粒子的方法，其特征在于，該金屬離子包括鋰離子、鎳離子、銀離子或鐵離子。
4.如權利要求1所述的合成納米粒子的方法，其特征在于，該油相反應物為有機溶劑或含金屬化合物的有機溶液。
5.如權利要求4所述的合成納米粒子的方法，其特征在于，該有機溶劑包括液態(tài)直鏈烴或環(huán)烷烴。
6.如權利要求1所述的合成納米粒子的方法，其特征在于，該反應過程中離心攪拌轉速為10000r/min以上。
7.如權利要求1所述的合成納米粒子的方法，其特征在于，該反應過程進一步包括對反應物進行加熱。
8.如權利要求1所述的合成納米粒子的方法，其特征在于，該合成納米粒子的方法還包括對產物進行分離。
9.一種合成納米粒子的方法，其包括以下步驟提供一第一微乳液體系和一第二微乳液體系；混合該第一微乳液體系和第二微乳液體系，并對其進行離心攪拌得到納米粒子。
10.如權利要求9所述的合成納米粒子的方法，其特征在于，該第一微乳液體系的水相中含有金屬離子或金屬絡離子，油相為有機溶劑。
11.如權利要求9所述的合成納米粒子的方法，其特征在于，該第二微乳液體系的水相中含有與第一微乳液體系的水相中成分對應的反應物，油相為有機溶劑。
12.如權利要求9所述的合成納米粒子的方法，其特征在于，該反應過程中離心攪拌轉速為10000r/min以上。
13.如權利要求9所述的合成納米粒子的方法，其特征在于，該反應過程進一步包括對反應物進行加熱。
14.如權利要求9所述的合成納米粒子的方法，其特征在于，該合成納米粒子的方法還包括對產物進行分離。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種合成納米粒子的方法，其包括以下步驟提供一水相反應物和一油相反應物；混合該水相反應物和油相反應物，并對其進行離心攪拌得到納米粒子。另外，又提供一種合成納米粒子的方法，其包括以下步驟提供一第一微乳液體系和一第二微乳液體系；混合該第一微乳液體系和第二微乳液體系，并對其進行離心攪拌得到納米粒子。本發(fā)明合成納米粒子的方法采用高轉速離心作用使水相與油相反應原料能夠充分均勻混合形成油包水型微乳液，相較傳統(tǒng)微乳液反應，不需加入表面活性劑，避免造成微乳液性能的降低；且高轉速離心攪拌作用，使得形成的微乳液可獲得較高的能量，可降低鍛燒所需的溫度。
文檔編號C01G1/02GK1864847SQ20051003474
公開日2006年11月22日 申請日期2005年5月20日 優(yōu)先權日2005年5月20日
發(fā)明者何紀壯 申請人:鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司, 鴻海精密工業(yè)股份有限公司