本發(fā)明屬于無機(jī)先進(jìn)納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種鋁納米顆粒及其制備方法。

背景技術(shù)：

鋁納米粒子是指晶粒尺寸為納米級(jí)的超細(xì)鋁材料。與傳統(tǒng)的含能材料相比，鋁納米粒子由于能量密度大、耗氧量低及高的反應(yīng)活性而成為火箭推進(jìn)劑和火炸藥配方獨(dú)特的成分之一。納米鋁與其他金屬氧化物納米材料自組裝后還可以提高燃燒速度增強(qiáng)沖擊波，可望將靶向藥物輸送到癌細(xì)胞，同時(shí)不損傷健康細(xì)胞。此外，近年來貴金屬納米粒子的制備與應(yīng)用已經(jīng)較為成熟，但是由于貴金屬成本較高，制約了金屬納米材料的大規(guī)模應(yīng)用，相比之下鋁作為地殼中含量最高的金屬，具有成本低，易得到等優(yōu)點(diǎn)，是良好的金屬納米材料，有望實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的應(yīng)用。

隨著現(xiàn)在太陽能電池的材料以及制作水準(zhǔn)的不斷提高，太陽能電池的少子壽命也不斷增加，從現(xiàn)在商業(yè)太陽電池來看，為了降低太陽能電池的成本提高效率，生產(chǎn)廠家也在不斷減少硅片厚度以降低原材料價(jià)格，因此為了提高電池的效率，必須考慮降低電池背表面的復(fù)合速度，提高長波光譜響應(yīng)，所以鋁背場(chǎng)的好壞將直接影響到太陽能電池的輸出特性，顆粒尺寸越小，鋁漿與硅片接觸越好，此外鋁顆粒越小，熔點(diǎn)越低，越易于在一定溫度下與硅基材料形成硅鋁復(fù)合層，越有利于鋁背場(chǎng)的形成并改善太陽能電池的輸出特性，因此制備納米級(jí)的鋁顆粒對(duì)太陽能電池鋁背板與背場(chǎng)的形成有重要的意義。

目前應(yīng)用最為廣泛的金屬鋁納米材料的合成方法有機(jī)械球磨法、氣相蒸發(fā)沉積法和液相化學(xué)合成法。機(jī)械球磨法有利于實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，但易引入雜質(zhì)，且顆粒形狀均勻性差；氣相冷凝法所得產(chǎn)品純度高，但設(shè)備要求高，產(chǎn)品形貌不易控制；常用的液相化學(xué)合成方法，為形貌調(diào)控提供了可能，但其在制備過程中反應(yīng)太過迅速，產(chǎn)物顆粒尺寸不易控制。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述問題，本發(fā)明提出一種純凈的鋁納米顆粒及其制備方法。

本發(fā)明第一方面提供一種純凈的鋁納米顆粒，其直徑為15～1000納米，進(jìn)一步為面心立方(fcc)晶型的金屬鋁。

本發(fā)明第二方面提供上述所述的鋁納米顆粒的制備方法，包括以下步驟：

(1)配制銨鹽的有機(jī)溶液：將銨鹽加入有機(jī)溶液中，配制成含有銨鹽的有機(jī)反應(yīng)液；

(2)引入鋁鹽：將鋁源加入到上述銨鹽的有機(jī)反應(yīng)液中，升溫使其充分溶解；

(3)引入還原劑：將氫化鋁鋰加入到上述溶液中，然后將得到的混合物在100℃～165℃的溫度下反應(yīng)1～72小時(shí)，得到鋁納米顆粒懸浮液；

(4)對(duì)上述鋁納米顆粒懸浮液進(jìn)行固液分離，所得固體即為所述鋁納米顆粒。

在優(yōu)選的實(shí)施方案中，步驟(1)所述銨鹽為苯胺、n-甲基苯胺、三苯胺、油胺、十八胺和十六烷基二甲基叔胺之一；所述的有機(jī)試劑選自甲苯、均三甲苯、丁醚中的一種或多種，在使用前需要進(jìn)行除水除氧處理。

在優(yōu)選的實(shí)施方案中，步驟(2)所述的鋁源為氯化鋁、乙酰丙酮鋁、醋酸鋁之一或它們混合物。

在優(yōu)選的實(shí)施方案中，步驟(1)(2)(3)均在手套箱中進(jìn)行或者在惰性氣氛下進(jìn)行。

在優(yōu)選的實(shí)施方案中，步驟(4)所述的固液分離包括以下步驟：先離心濃縮、再超聲洗滌，最后真空干燥，其中超聲洗滌過程所使用的洗滌液為丙酮、甲醇、乙醚中的一種或幾種的混合物。

在優(yōu)選的實(shí)施方案中，銨鹽與鋁元素的摩爾比為1：(0.1～3)，鋁元素為鋁源和還原劑氫化鋁鋰中總的鋁元素。

在優(yōu)選的實(shí)施方案中，當(dāng)使用氯化鋁作為所述鋁源時(shí)，所述氯化鋁的濃度為(1～10)mol/l，氯化鋁與氫化鋁鋰的摩爾比為1：(2～5)；當(dāng)使用乙酰丙酮鋁或醋酸鋁作為所述鋁源時(shí)，所述乙酰丙酮鋁或醋酸鋁的濃度為(0.1～10)mol/l，乙酰丙酮鋁或醋酸鋁與氫化鋁鋰的摩爾比為1：(2～5)。

在優(yōu)選的實(shí)施方案中，通過增加有機(jī)胺中氮上所接支鏈的多少來降低所得鋁納米顆粒的尺寸；或，在采用同一種銨鹽時(shí)，通過提高其與鋁源的的摩爾比來降低所得鋁納米顆粒的尺寸。

本發(fā)明取得了以下有益效果：

1、本發(fā)明中的鋁納米顆粒還未見公開報(bào)道，其直徑可以小至15nm。

2、本發(fā)明的制備方法制備的鋁納米顆粒，其顆粒尺寸獨(dú)立可調(diào)，其中顆粒尺寸可以通過改變銨鹽的種類和相應(yīng)的濃度來得到不同粒徑的鋁納米顆粒。根據(jù)銨鹽種類的改變和相應(yīng)的濃度不同，鋁納米顆粒的尺寸可以達(dá)到15nm。

3、相對(duì)于鋁納米材料的現(xiàn)有技術(shù)的制備方法，本發(fā)明的鋁納米顆粒的制備方法，采用簡單有效的溶劑熱法，使制備的鋁納米顆粒，顆粒含量高，雜質(zhì)少。

附圖說明

圖1中a圖是實(shí)施例1制備的鋁納米顆粒的掃描電子顯微鏡(sem)圖，其中鋁納米顆粒的直徑約為(900±50)nm。

圖1中b圖是實(shí)施例2制備的鋁納米顆粒的掃描電子顯微鏡(sem)圖，其中鋁納米顆粒的直徑約為(400±20)nm。

圖1中c圖是實(shí)施例3制備的鋁納米顆粒的掃描電子顯微鏡(sem)圖，其中鋁納米顆粒的直徑約為(60±10)nm。

圖1中d圖是實(shí)施例4制備的鋁納米顆粒的掃描電子顯微鏡(sem)圖，其中鋁納米顆粒的直徑約為(20±5)nm。

圖1中e圖是實(shí)施例5制備的鋁納米顆粒的掃描電子顯微鏡(sem)圖，其中鋁納米顆粒的直徑約為(15±5)nm。

圖1中f圖是實(shí)施例6制備的鋁納米顆粒的掃描電子顯微鏡(sem)圖，其中鋁納米顆粒的直徑約為(25±5)nm。

圖2中a圖是實(shí)施例7制備的較為分散的鋁納米顆粒掃描電子顯微鏡(sem)圖。圖2中b圖是其局部放大圖片，從圖中可以看出，納米顆粒分散性良好，顆粒直徑約為(50±5)nm。

圖2中c圖是實(shí)施例8制備的較為分散的鋁納米顆粒掃描電子顯微鏡(sem)圖。圖2中d圖是其局部放大圖片，從圖中可以看出，納米顆粒分散性良好，顆粒直徑約為(80±5)nm。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例4制備的鋁納米顆粒的x射線粉末衍射(xrd)圖。從中能夠明確的知道，本發(fā)明的材料為面心立方(fcc)晶型的金屬鋁。且未見其他雜質(zhì)峰，足以說明所合成樣品具有較高的純度。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例4制備的鋁納米顆粒測(cè)得的x射線光電子能譜(xps)圖，x射線光電子能譜分析分析是確認(rèn)材料表面化學(xué)組成及其元素化學(xué)狀態(tài)的重要表面分析技術(shù)。圖4可以清晰的看出鋁和其氧化物的相對(duì)比例，氧化鋁幾乎不可見，氧化程度弱。

圖5是實(shí)施例9制備的鋁納米顆粒的掃描電子顯微鏡(sem)圖；

圖6是實(shí)施例10制備的鋁納米顆粒的掃描電子顯微鏡(sem)圖；

圖7是實(shí)施例11制備的鋁納米顆粒的掃描電子顯微鏡(sem)圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明，但應(yīng)理解，以下具體實(shí)施例僅僅是示例性的，而非限制性的。

實(shí)施例1

將0.10ml苯胺加入20ml除水除氧后的甲苯中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，形成混合溶液，置?0ml燒瓶中。然后將0.13g氯化鋁粉末加入混合溶液中，升溫至80℃，充分?jǐn)嚢枋沟寐然X完全溶解，然后將0.075g氫化鋁鋰粉末加入該燒瓶中，劇烈攪拌使其與溶液充分混合。將燒瓶置于油浴鍋中120℃反應(yīng)4小時(shí)，然后取出并置于空氣中自然冷卻。將冷卻后的溶液倒入離心管中在8000rpm下離心20min，移走上清液。然后用15ml丙酮分散濃縮后的懸浮物，超聲5min，8000rpm離心洗滌；重復(fù)操作三次。真空干燥，隔絕氧氣保存待用。附圖1a是本實(shí)施例制備的鋁納米顆粒的sem圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：直徑約為(900±50)nm。

實(shí)施例2

將0.37ml苯胺加入20ml除水除氧后的甲苯中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颍纬苫旌先芤?，置?0ml燒瓶中。然后將0.32g乙酰丙酮鋁粉末加入混合溶液中，升溫至80℃，充分?jǐn)嚢枋沟寐然X完全溶解，然后將0.075g氫化鋁鋰粉末加入該燒瓶中，劇烈攪拌使其與溶液充分混合。將燒瓶置于油浴鍋中120℃反應(yīng)4小時(shí)，然后取出并置于空氣中自然冷卻。將冷卻后的溶液倒入離心管中在8000rpm下離心20min，移走上清液。然后用15ml丙酮分散濃縮后的懸浮物，超聲5min，8000rpm離心洗滌；重復(fù)操作三次。真空干燥，隔絕氧氣保存待用。附圖1b是本實(shí)施例制備的鋁納米顆粒的sem圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：直徑約為(400±20)nm。

實(shí)施例3

將1mln-甲基苯胺加入20ml除水除氧后的甲苯中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，形成混合溶液，置?0ml燒瓶中。然后將0.63g氯化鋁粉末加入混合溶液中，升溫至80℃，充分?jǐn)嚢枋沟寐然X完全溶解，然后將0.57g氫化鋁鋰粉末加入該燒瓶中，劇烈攪拌使其與溶液充分混合。將燒瓶置于油浴鍋中120℃反應(yīng)4小時(shí)，然后取出并置于空氣中自然冷卻。將冷卻后的溶液倒入離心管中在8000rpm下離心20min，移走上清液。然后用15ml丙酮分散濃縮后的懸浮物，超聲5min，8000rpm離心洗滌；重復(fù)操作三次。真空干燥，隔絕氧氣保存待用。附圖1c是本實(shí)施例制備的鋁納米顆粒的sem圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：直徑約為(60±10)nm。

實(shí)施例4

將1.23g三苯胺加入20ml除水除氧后的三甲苯中，攪拌使其充分溶解，形成含有銨鹽的溶液，置于50ml燒瓶中。然后將2.0g醋酸鋁粉末加入該溶液中，升溫至80℃，充分?jǐn)嚢枋沟寐然X完全溶解，然后將1.52g氫化鋁鋰粉末加入該燒瓶中，劇烈攪拌使其與溶液充分混合。將燒瓶置于油浴鍋中165℃反應(yīng)4小時(shí)，然后取出并置于空氣中自然冷卻。將冷卻后的溶液倒入離心管中在8000rpm下離心20min，移走上清液。然后用15ml丙酮分散濃縮后的懸浮物，超聲5min，8000rpm離心洗滌；重復(fù)操作三次。真空干燥，隔絕氧氣保存待用。附圖1d是本實(shí)施例制備的鋁納米顆粒的sem圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：直徑約為(20±5)nm。

實(shí)施例5

將1.3ml油胺加入20ml除水除氧后的三甲苯中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，形成混合溶液，置?0ml燒瓶中。然后將0.13g氯化鋁粉末加入混合溶液中，升溫至80℃，充分?jǐn)嚢枋沟寐然X完全溶解，然后將0.19g氫化鋁鋰粉末加入該燒瓶中，劇烈攪拌使其與溶液充分混合。將燒瓶置于油浴鍋中140℃反應(yīng)4小時(shí)，然后取出并置于空氣中自然冷卻。將冷卻后的溶液倒入離心管中在8000rpm下離心20min，移走上清液。然后用15ml丙酮分散濃縮后的懸浮物，超聲5min，8000rpm離心洗滌；重復(fù)操作三次。真空干燥，隔絕氧氣保存待用。附圖1e是本實(shí)施例制備的鋁納米顆粒的sem圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：直徑約為(15±5)nm。

實(shí)施例6

將3.4ml十八胺加入20ml除水除氧后的三甲苯中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，形成混合溶液，置?0ml燒瓶中。然后將0.65g氯化鋁粉末加入混合溶液中，升溫至80℃，充分?jǐn)嚢枋沟寐然X完全溶解，然后將0.38g氫化鋁鋰粉末加入該燒瓶中，劇烈攪拌使其與溶液充分混合。將燒瓶置于油浴鍋中140℃反應(yīng)4小時(shí)，然后取出并置于空氣中自然冷卻。將冷卻后的溶液倒入離心管中在8000rpm下離心20min，移走上清液。然后用15ml丙酮分散濃縮后的懸浮物，超聲5min，8000rpm離心洗滌；重復(fù)操作三次。真空干燥，隔絕氧氣保存待用。附圖1f是本實(shí)施例制備的鋁納米顆粒的sem圖。實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：直徑約為(25±5)nm。

實(shí)施例7

將0.07ml十六烷基二甲基叔胺加入20ml除水除氧后的甲苯中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，形成混合溶液，置?0ml燒瓶中。然后將0.26g氯化鋁粉末加入混合溶液中，升溫至80℃，充分?jǐn)嚢枋沟寐然X完全溶解，然后將0.23g氫化鋁鋰粉末加入該燒瓶中，劇烈攪拌使其與溶液充分混合。將燒瓶置于油浴鍋中120℃反應(yīng)4小時(shí)，然后取出并置于空氣中自然冷卻。將冷卻后的溶液倒入離心管中在8000rpm下離心20min，移走上清液。然后用15ml丙酮分散濃縮后的懸浮物，超聲5min，8000rpm離心洗滌；重復(fù)操作三次。真空干燥，隔絕氧氣保存待用。附圖2a是本實(shí)施例制備的鋁納米顆粒的sem圖。圖2中b圖是其局部放大圖片，從圖中可以看出，納米顆粒分散性良好,實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：直徑約為(50±5)nm。

實(shí)施例8

將0.33ml油胺加入20ml除水除氧后的三甲苯中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，形成混合溶液，置?0ml燒瓶中。然后將0.26g氯化鋁粉末加入混合溶液中，升溫至80℃，充分?jǐn)嚢枋沟寐然X完全溶解，然后將0.23g氫化鋁鋰粉末加入該燒瓶中，劇烈攪拌使其與溶液充分混合。將燒瓶置于油浴鍋中120℃反應(yīng)4小時(shí)，然后取出并置于空氣中自然冷卻。將冷卻后的溶液倒入離心管中在8000rpm下離心20min，移走上清液。然后用15ml丙酮分散濃縮后的懸浮物，超聲5min，8000rpm離心洗滌；重復(fù)操作三次。真空干燥，隔絕氧氣保存待用。附圖2c是本實(shí)施例制備的鋁納米顆粒的sem圖。圖2中d圖是其局部放大圖片，從圖中可以看出，納米顆粒分散性良好，實(shí)驗(yàn)結(jié)果為：直徑約為(80±5)nm。

實(shí)施例9

將0.5mln-甲基苯胺加入20ml除水除氧后的甲苯中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆颍纬苫旌先芤?，置?0ml燒瓶中。然后將0.63g氯化鋁粉末加入混合溶液中，升溫至80℃，充分?jǐn)嚢枋沟寐然X完全溶解，然后將0.57g氫化鋁鋰粉末加入該燒瓶中，劇烈攪拌使其與溶液充分混合。將燒瓶置于油浴鍋中120℃反應(yīng)4小時(shí)，然后取出并置于空氣中自然冷卻。將冷卻后的溶液倒入離心管中在8000rpm下離心20min，移走上清液。然后用15ml丙酮分散濃縮后的懸浮物，超聲5min，8000rpm離心洗滌；重復(fù)操作三次。真空干燥，隔絕氧氣保存待用。附圖5是本實(shí)施例制備的鋁納米顆粒的sem圖。

實(shí)施例10

將0.49g三苯胺加入20ml除水除氧后的三甲苯中，攪拌使其充分溶解，形成含有銨鹽的溶液，置于50ml燒瓶中。然后將1.3g氯化鋁粉末加入該溶液中，升溫至80℃，充分?jǐn)嚢枋沟寐然X完全溶解，然后將1.52g氫化鋁鋰粉末加入該燒瓶中，劇烈攪拌使其與溶液充分混合。將燒瓶置于油浴鍋中165℃反應(yīng)4小時(shí)，然后取出并置于空氣中自然冷卻。將冷卻后的溶液倒入離心管中在8000rpm下離心20min，移走上清液。然后用15ml丙酮分散濃縮后的懸浮物，超聲5min，8000rpm離心洗滌；重復(fù)操作三次。真空干燥，隔絕氧氣保存待用。附圖6是本實(shí)施例制備的鋁納米顆粒的sem圖。

實(shí)施例11

將0.7ml十六烷基二甲基叔胺加入20ml除水除氧后的甲苯中，充分?jǐn)嚢杌旌暇鶆?，形成混合溶液，置?0ml燒瓶中。然后將0.26g氯化鋁粉末加入混合溶液中，升溫至80℃，充分?jǐn)嚢枋沟寐然X完全溶解，然后將0.23g氫化鋁鋰粉末加入該燒瓶中，劇烈攪拌使其與溶液充分混合。將燒瓶置于油浴鍋中120℃反應(yīng)4小時(shí)，然后取出并置于空氣中自然冷卻。將冷卻后的溶液倒入離心管中在8000rpm下離心20min，移走上清液。然后用15ml丙酮分散濃縮后的懸浮物，超聲5min，8000rpm離心洗滌；重復(fù)操作三次。真空干燥，隔絕氧氣保存待用。附圖7是本實(shí)施例制備的鋁納米顆粒的sem圖。

各附圖所示的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，充分證明了本發(fā)明合成的材料是尺度均勻，分散性良好的金屬鋁納米顆粒，是鋁金屬材料制備領(lǐng)域的一次重大突破。