通过辐射还原制备粒度可控窄分布球形易分散银粉的方法

摘要

本发明涉及利用核辐射技术制备粉体材料的技术领域，是通过辐射还原制备粒度可控窄分布球形易分散银粉的方法，它利用化学还原的小粒径单分散银粉为种子，在放射性物质产生的γ射线辐照下还原银离子，得到窄分布、粒径可控、球形且表面光滑的银粉，其具体制备步骤包括：①种子银粉的制备；②配置制备银粉的原料并搅拌混合；③在搅拌条件下用钴-60进行辐射还原反应，获得窄分布、粒径可控制在0.5～5μm之间的、球形且表面光滑的银粉；本发明的积极效果是：以种子银粉为模板，通过辐射还原生成窄分布和粒径可控的球形银粉，便于电子浆料的设计和任意搭配，可满足多种应用的需求，它的应用将对电子器件及产品的发展有较大的推动作用。

说明书

技术领域

本发明涉及利用核辐射技术制备粉体材料的技术领域，具体的是一种通过辐射还原制备粒度可控窄分布球形易分散银粉的方法。

背景技术

目前，银粉多采用化学还原法制得。中国专利（公开号 CN 1227148A）公开了“一种利用甲酸盐为还原剂和特殊喷头混合制备银粉的方法”，但其需要特别的喷头装备，不利于大规模生产。中国专利（公开号 CN 101462164A）公开了“一种化学还原制备高振实密度银粉的方法”，但其粒度分布仍然较宽。中国专利（公开号 CN 1709618A）公开了“一种制备纳米、亚微米及银粉的方法”，但其粒径主要在纳米级别，粒径较小。中国专利（公开号 CN 101347841A）公开了“一种利用倾倒法制备粒度可控高振实密度银粉的制备方法”，其在生产时很可能会造成微粒间的粘连。中国专利（公开号 CN 101569937A）公开了“一种将硝酸银溶液和还原剂同时加入超分散剂溶液制备银粉的方法”，中国专利（公开号 CN 1387968A）公开了“一种通过调节硝酸银溶液pH值制备银粉的方法”，但是，从它们具体的介绍内容来看，这些方法制备的银粉粒径的分布都比较宽。中国专利（公开号 CN 101612670A）公开了“一种在水溶液中利用⁶⁰Co-γ射线辐照还原制备纳米级银粉的方法”，此方法操作方便，生产周期短且不产生任何环境污染，但是，其粒径均在10～50纳米，粒径较小，不适合应用。此外，《辐射研究与辐射工艺学报》（2001，02：118）刊登了“一种辐照模板法制备纳米银带的方法”的报道。但是，现有辐照还原制备银粉的技术只能制备纳米级的银粉，影响了其使用范围。

从公开的文献可以看出，目前的银粉制备技术大多为化学还原方法，它们存在的不足是：制备的银粉粒径分布较宽，表面不光滑，粒子之间易粘结，分散性较差，操作相对辐照法复杂。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种在种子银粉的存在下，通过⁶⁰Co-γ射线辐照还原制备窄分布、粒径可控（0.5～5μm之间）、球形、结构致密、表面光滑的银粉的方法，其制备的银粉便于电子浆料的设计，可以满足多种不同的应用需求。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：

一种通过辐射还原制备粒度可控窄分布球形易分散银粉的方法，利用化学还原的小粒径单分散银粉为种子，在放射性物质所产生的γ射线辐照条件下还原银离子，得到窄分布、粒径可控、球形且表面光滑的银粉，其具体的制备步骤包括：

（1）种子银粉的制备：首先在硝酸银水溶液（重量分数1～25%）中加入分散剂（重量分数0.1～5%）和氨水，然后将还原剂水溶液（重量分数0.1～10%）滴加到银氨溶液中，35℃反应1小时；将所得的银粉用去离子水清洗，获得单分散球形的银粉种子，其粒径在150～400nm之间；

（2）按重量分数配置制备银粉的原料：种子银粉1～35%，分散剂0.1～5%，硝酸银1～50%，活性离子捕捉剂0.5～10%，去离子水45～90%；

    将步骤（1）获得的种子银粉加入到含有分散剂的去离子水中，搅拌下加入硝酸银溶液、活性离子捕捉剂，通入惰性气体并排氧5分钟；

    （3）放入辐射源，在搅拌条件下进行辐射还原反应，辐照的剂量率为0.8～6.0 kGy/h，吸收剂量为10～30kGy，辐射还原反应后的银粉用去离子水清洗，得到窄分布、粒径可控、球形且表面光滑的银粉，其粒径在0.5～5μm之间。

所述的分散剂包括聚乙烯吡咯烷酮（PVP）、明胶、聚乙烯醇(PVA)中的一种。

所述的还原剂包括水合肼、甲醛、抗坏血酸和葡萄糖中的一种。

所述的活性离子捕捉剂包括异丙醇、正丁醇和异戊醇中的一种。

所述的辐射源为钴-60（⁶⁰Co）。

本发明的积极效果是： 

（1）在种子银粉的存在下，通过辐射还原，以种子银粉为模板，生成窄分布和粒径可控的球形银粉；

（2）由于⁶⁰Co-γ射线的穿透性高，使得体系在辐照时银晶粒的生成较化学还原时更均匀，所以制得的银粉表面更光滑；此外，最终银粉的粒径可通过加入银离子溶液的量来控制；

（3）本发明制备的粒度可控窄分布球形易分散银粉便于电子浆料的设计和任意搭配，可满足多种应用的需求，它的应用将对电子器件及产品的发展有较大的推动作用。

具体实施方式

以下通过具体实施例介绍本发明通过辐射还原制备粒度可控窄分布球形易分散银粉的方法的具体实施过程，提供3个实施例。但是需要指出，本发明的实施不限于以下的实施例。

实施例 1  辐射还原制备1.0μm单分散球形银粉

（1）200nm种子银粉的制备：首先将硝酸银水溶液（重量分数5%）50L中加入分散剂PVP （重量分数0.1%)和氨水，氨水的量以正好使体系溶解为宜；然后将50L水合肼水溶液(重量分数为0.1%)滴加到银氨溶液中，35℃反应1小时；将所得的银粉用去离子水经多次清洗，直到水溶液中不含有机杂质为止，获得干净的单分散球形的种子银粉，其粒径为200nm；

（2）取步骤（1）获得的200nm种子银粉1Kg加入到含分散剂PVP(重量分数0.5%)和活性粒子捕捉剂（重量分数为0.5%)的10L去离子水中，搅拌分散；再加入硝酸银溶液（重量分数5%)10L，通入氮气并排氧5分钟；

（3）放入辐射源钴-60，在搅拌条件下进行辐射还原反应，辐照的剂量率为1.0 kGy/h，吸收剂量为3 kGy；辐射还原反应后的银粉用去离子水清洗多次，得到1.0μm的单分散球形银粉。

实施例2  辐射还原制备2.0μm单分散球形银粉

（1）（同实施例1）；

（2）取步骤（1）获得的种子银粉1Kg加入到含明胶(重量分数1%)和活性粒子捕捉剂（重量分数0.5%）的10L去离子水中，搅拌分散；再加入硝酸银溶液（重量分数10%）10L，通氮气并排氧5分钟；

（3）放入辐射源钴-60，在搅拌条件下进行辐射还原反应，辐照的剂量率为0.5 kGy/h，吸收剂量为5 kGy；辐射还原反应后的银粉用去离子水清洗多次，直到水溶液中不含有机杂质为止，得到2.0μm的单分散球形银粉。

实施例3  辐射还原制备5.0μm单分散球形银粉

（1）400nm种子银粉的制备：首先将硝酸银（重量分数10%）水溶液10L中加入分散剂PVP(重量分数为0.5%)和氨水，氨水的量以正好使体系溶解为宜；然后将5L水合肼水溶液（重量分数为1%）滴加到银氨溶液中，35℃反应1小时；将所得的银粉用去离子水经多次清洗，直到水溶液中不含有机杂质为止，获得干净的单分散球形的种子银粉，其粒径为400nm；

（2）取步骤（1）获得的400nm种子银粉0.5Kg加入到含分散剂聚乙二醇（重量分数2%）和活性粒子捕捉剂（重量分数0.5%）的20L去离子水溶液中，搅拌分散，再加入硝酸银溶液（重量分数10%）20L，通氮气并排氧5分钟；

（3）放入辐射源钴-60，在搅拌条件下进行辐射还原反应，辐照的剂量率为0.5 kGy/h，吸收剂量为8 kGy；辐射还原反应后的银粉用去离子水清洗多次，直到水溶液中不含有机杂质为止，得到5.0μm的单分散球形银粉。

对实施例1～3制备的粒度可控窄分布球形易分散的银粉用扫描电镜(SEM) 进行分析，得到的银粉粒径、形状和分散性指标为：（见下表）

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