专家分享：超细银粉液相还原生产过程中的粒径形貌控制
专家分享：超细银粉液相还原生产过程中的粒径形貌控制
超细银粉因其优异的导电性、导热性、抗菌性等特性，在电子、光电子、新能源、医疗保健等领域有着广泛的应用。在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谈发堂分享了超细银粉液相还原生产过程中的粒径形貌控制技术，为相关领域的研究和应用提供了重要参考。
超细银粉的应用与需求
超细银粉具有以下优异特性：
- 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
应用领域包括：
- 电子/光电子
- 新能源
- 医疗保健
- 纳米技术
- 食品包装
产品形式有：
- 粉末形式
- 溶液/浆料
- 涂层/薄膜
- 复合材料
主要作用包括：
- 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、抗菌等领域的应用尤为突出。
超细银粉的粒径控制
在超细银粉的制备过程中，液相化学还原工艺是常用的方法。银粉的形成可以分为三个阶段：
- 准备阶段（阶段Ι）：溶液过饱和度未达到临界成核浓度，没有晶核产生。
- 形核阶段（阶段Π）：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，进入下一个阶段。
- 长大阶段（阶段三）：溶液中不再形成新的晶核，已存在的银晶核长大为银颗粒。
影响液相还原银粉质量的主要因素包括：
前驱体的影响：不同的前驱体对银粉形貌有显著影响。例如，使用硝酸银溶液作为前驱体时，银粉呈表面粗糙的花状球形粒子；使用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；使用银氨溶液时，银粉呈表面光滑的球形粒子。
还原剂的选择：常用的还原剂有NaBH₄、N₂H₄·H₂O、抗坏血酸、甲醛、双氧水、葡萄糖等。还原剂的还原性强弱会影响实验进程和银粉形貌。例如，NaBH₄和N₂H₄·H₂O还原性较强，会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，能够对银粉进行有效调控；葡萄糖还原性较弱，生产效率较低。
表面活性剂的选择及用量：表面活性剂的类型很多，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；此外还有聚乙二醇(PEG)、吐温(Tween)等非离子型表面活性剂。不同类型表面活性剂的分散与保护机理不同，用量也需要通过实验确定。
反应温度：温度对化学反应速率有重要影响，过高或过低的温度都不利于工业化生产。
反应物的浓度：反应物浓度的提高会加快形核速率。
超细银粉的形貌控制
超细银粉的液相还原过程不仅需要控制粒径，还需要控制形貌，以满足不同应用领域的需求。通过优化上述影响因素，可以实现对银粉形貌的有效控制。
成本控制
在实际生产中，除了关注银粉的质量和性能，还需要考虑成本控制。通过优化工艺参数和原料选择，可以在保证产品质量的同时降低生产成本。
相关研究领域与成果
最后，谈发堂副教授还介绍了其所在课题组在超细银粉制备及相关领域的研究进展和成果，为该领域的进一步发展提供了重要参考。