本發(fā)明涉及納米材料科學(xué)和材料工程領(lǐng)域，具體涉及抗菌導(dǎo)電型銅納米顆粒的制備方法。

背景技術(shù)：

1、銅納米顆粒由于具有優(yōu)良的導(dǎo)電、導(dǎo)熱、抗菌及催化活性而受到研究者的廣泛關(guān)注。銅納米顆粒的合成方法主要包括：液相還原法、微乳液法、電化學(xué)還原法等。

2、液相還原法是合成銅納米顆粒最常用的方法。li等人在聚乙烯吡咯烷酮(pvp)和十六甲基溴化銨(ctab)的共同作用下合成的銅納米顆粒具有較為良好的分散性，并且銅納米顆粒的尺寸也會(huì)更小。然而，單獨(dú)使用pvp或ctab作為分散劑時(shí)，均存在顆粒尺寸不均勻的問(wèn)題。

3、微乳液法是指在表面活性劑的作用下，將兩種互不相容的反應(yīng)物形成比較均勻的微乳液體系，并從微乳液中析出納米粉體顆粒一種方法。微乳液法常用的表面活性劑：如十六燒基三甲基漠化銨、硬脂酸、琥珀酸二辛酯磺酸(aot)、聚氧z,烯酥類等。董春法在不通入任何保護(hù)氣體的情況下，以硫酸銅為銅源、水合肼為還原劑、阿拉伯樹(shù)膠(ga)為保護(hù)劑，得到單分散的納米銅溶膠。但此法的制備成本較高。

4、電化學(xué)法制備銅納米顆粒在電極表面施加電壓或電流后，金屬離子(在此情況下為銅離子cu2+)在陰極(負(fù)極)上接受電子，發(fā)生還原反應(yīng)，在這個(gè)過(guò)程中，銅離子cu2+被還原成銅原子cu，隨后這些銅原子開(kāi)始在電極表面集，通過(guò)自組裝和核生長(zhǎng)形成納米尺度的銅顆粒。電化學(xué)法能夠直接利用電能進(jìn)行氧化還原反應(yīng)，無(wú)需額外的還原劑或催化劑。但存在成本較高、產(chǎn)量限制和技術(shù)要求高等問(wèn)題

5、此外，銅納米顆粒的過(guò)程中，常用的化學(xué)還原劑，如硼氫化鈉、肼等，具有一定的環(huán)境危害性，并且為了防止其對(duì)環(huán)境和人體健康造成損害，需要在嚴(yán)格的安全措施下使用和處理，對(duì)操作和反應(yīng)條件嚴(yán)格且不符合現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)對(duì)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求。

6、因此，開(kāi)發(fā)銅納米顆粒的綠色合成工藝，對(duì)于降低環(huán)境污染、提高制備工藝的安全性以及提高銅納米顆粒的應(yīng)用性能，具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種抗菌導(dǎo)電型銅納米顆粒的制備方法、銅納米顆粒及應(yīng)用。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、(一)一種抗菌導(dǎo)電型銅納米顆粒的制備方法

4、所述制備方法包括以下步驟：

5、1)前驅(qū)體溶液的制備：向超純水中加入五水硫酸銅和聚乙烯吡咯烷酮，得到前驅(qū)體溶液；

6、所述步驟1)得到的前驅(qū)體溶液中，五水硫酸銅的摩爾濃度為0.1～0.2mol/l，聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.49～0.8wt％；

7、所述步驟1)中，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量為1300000～3000000；

8、所述步驟1)中，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量?jī)?yōu)選為3000000。

9、2)銅納米顆粒的合成與收集：將所述步驟1)得到的前驅(qū)體溶液加熱后，在第一反應(yīng)溫度下依次加入抗壞血酸(即維生素c)溶液和二甲基乙醇胺(dmea)，在第一反應(yīng)溫度下攪拌一段時(shí)間后，再在第二反應(yīng)溫度下保溫一段時(shí)間，得到第一溶液；所述步驟2)中，所述抗壞血酸溶液的濃度為1～2mol/l，溶劑為水；所述前驅(qū)體溶液、抗壞血酸溶液和二甲基乙醇胺的體積比為50：10：0.3～0.6。

10、所述步驟2)具體包括以下步驟：

11、2.1)將前驅(qū)體溶液加熱至第一反應(yīng)溫度，在第一反應(yīng)溫度、攪拌狀態(tài)下，向前驅(qū)體溶液中逐滴加入抗壞血酸溶液，接著加入二甲基乙醇胺，在第一反應(yīng)溫度下攪拌1～2小時(shí)后，得到中間溶液；所述第一反應(yīng)溫度為75～95℃；所述步驟2.1)中，攪拌速率為400～600rpm；

12、2.2)將步驟2.1)得到的中間溶液轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，在第二反應(yīng)溫度、真空環(huán)境下保溫4～8小時(shí)，得到第一溶液；所述第二反應(yīng)溫度為60～80℃。

13、3)有機(jī)模板劑的去除：將所述步驟2)得到的第一溶液過(guò)濾后取沉淀，對(duì)沉淀進(jìn)行水洗、烘干、低溫?zé)Y(jié)后得到銅納米顆粒。所述步驟3)具體包括以下步驟：

14、3.1)將第一溶液過(guò)濾后取沉淀，用去離子水洗滌沉淀并烘干，得到烘干后沉淀；烘干溫度為80～100℃；

15、3.2)將步驟3.1)得到的烘干后沉淀轉(zhuǎn)移至馬弗爐中進(jìn)行低溫?zé)Y(jié)處理，冷卻后得到銅納米顆粒；低溫?zé)Y(jié)的條件為：以2～4℃/min的升溫速度，從常溫升溫至320～400℃后，在320～400℃的溫度下煅燒5～12小時(shí)。

16、(二)一種銅納米顆粒

17、所述銅納米顆粒的形狀為立方體，所述銅納米顆粒的平均粒徑為80～115nm。

18、(三)一種銅納米顆粒的應(yīng)用

19、所述銅納米顆粒用于抗菌劑、抗菌材料或者柔性傳感器的制備。

20、其中，所述柔性傳感器包括電阻式傳感器、電容式傳感器、壓磁式傳感器、電感式傳感器等。

21、本發(fā)明具有的有益效果是：

22、1、本發(fā)明方法以五水硫酸銅為銅源，抗壞血酸為還原劑，聚乙烯吡咯烷酮為保護(hù)劑，結(jié)合氧化還原法和低溫?zé)Y(jié)工藝制備獲得了銅納米顆粒。本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單易行、易于操作、工藝參數(shù)易于控制。

23、2、采用本發(fā)明方法制備所得的銅納米顆粒平均直徑為98nm，具有良好的耐高溫性、抗菌性、導(dǎo)電性和傳感性能，為納米銅在抗菌劑、柔性傳感等領(lǐng)域的應(yīng)用提供高質(zhì)量的原料。

24、3、本發(fā)明原料均為綠色環(huán)保材料，具有易于獲取、環(huán)境友好、性能穩(wěn)定等優(yōu)勢(shì)，更加符合現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)對(duì)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求。

技術(shù)特征：

1.一種抗菌導(dǎo)電型銅納米顆粒的制備方法，其特征在于：包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌導(dǎo)電型銅納米顆粒的制備方法，其特征在于：所述步驟1)得到的前驅(qū)體溶液中，五水硫酸銅的摩爾濃度為0.1～0.2mol/l，聚乙烯吡咯烷酮的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.49～0.8wt％。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一所述的抗菌導(dǎo)電型銅納米顆粒的制備方法，其特征在于：所述步驟1)中，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量為1300000～3000000。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2任一所述的抗菌導(dǎo)電型銅納米顆粒的制備方法，其特征在于：所述步驟1)中，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量為3000000。

5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的抗菌導(dǎo)電型銅納米顆粒的制備方法，其特征在于：所述步驟2)中，所述抗壞血酸溶液的濃度為1～2mol/l；所述前驅(qū)體溶液、抗壞血酸溶液和二甲基乙醇胺的體積比為50：10：0.3～0.6。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的抗菌導(dǎo)電型銅納米顆粒的制備方法，其特征在于：所述步驟2)具體為：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗菌導(dǎo)電型銅納米顆粒的制備方法，其特征在于：所述步驟3)具體為：

8.一種采用如權(quán)利要求1～7任一所述的抗菌導(dǎo)電型銅納米顆粒的制備方法制備得到的銅納米顆粒。

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的銅納米顆粒，其特征在于：所述銅納米顆粒的形狀為立方體，所述銅納米顆粒的平均粒徑為80～115nm。

10.一種如權(quán)利要求1～7任一所述的抗菌導(dǎo)電型銅納米顆粒的制備方法或者如權(quán)利要求8～9任一所述的銅納米顆粒的應(yīng)用，其特征在于：用于抗菌劑、抗菌材料或者柔性傳感器的制備。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種抗菌導(dǎo)電型銅納米顆粒的制備方法、銅納米顆粒及應(yīng)用。本發(fā)明方法包括：1)向超純水中加入五水硫酸銅和聚乙烯吡咯烷酮，得到前驅(qū)體溶液；2)將前驅(qū)體溶液加熱至75～95℃，加入抗壞血酸溶液和二甲基乙醇胺并在75～95℃攪拌反應(yīng)，在60～80℃下保溫反應(yīng)，得到第一溶液；3)第一溶液經(jīng)過(guò)濾、水洗、烘干、低溫?zé)Y(jié)后得到銅納米顆粒；銅納米顆粒用于抗菌劑、柔性抗菌材料或者柔性傳感器的制備。本發(fā)明方法操作簡(jiǎn)單易行、易于操作、工藝參數(shù)易于控制，原料易于獲取、環(huán)境友好、性能穩(wěn)定，得到的銅納米顆粒具有良好的耐高溫性、抗菌性、導(dǎo)電性和傳感性能，更加符合現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)對(duì)環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的要求。

技術(shù)研發(fā)人員：丁新波,楊磊,劉濤,祝國(guó)成,劉旭
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10