清華材料學院《Matter》:開發出一種全新納米顆粒製備技術

2020-10-07 石墨烯聯盟


近日，清華大學材料學院伍暉副教授課題組開發出一種全新的納米顆粒製備技術，首次提出利用高速旋轉卷對卷裝置控制納米顆粒的生長過程，成功實現了金屬單質、合金和金屬氧化物等多種材質的納米顆粒製備，為金屬納米粉末的合成提供了新思路和新機遇。此項工作在國際期刊《Matter》上發表了題為「Metal Nanoparticles Harvesting by Continuous Rotating-Electrodeposition and Separation」（連續卷對卷電沉積與剝離製備金屬納米顆粒）的研究論文，並申請國內和國際專利。論文的第一作者為清華大學材料學院的博士生黃雅和航天航空學院的博士生楊程，清華大學材料學院長聘副教授伍暉為論文的通訊作者。

論文連結：

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S259023852030446X

金屬納米顆粒的可控合成對基礎科學研究以及實際工業應用都十分重要。目前常用的合成金屬納米顆粒的方法為化學還原法，實際工業生產中金屬塊體材料到金屬納米材料的加工過程需要經歷金屬塊體溶解為金屬鹽以及金屬鹽還原成為納米材料這兩個步驟，需要使用大量試劑和表面活性劑，並且會產生大量的固體和液體廢料。一種綠色的、可控的、可大規模生產高質量金屬納米顆粒的技術對於工業應用以及可持續發展十分重要。

卷對卷電沉積裝置工作示意圖（上圖）以及裝置實物照片（下圖）

伍暉課題組成功開發了一種將電沉積與剝離技術結合的連續旋轉電鍍（Rotating Electrodeposition and Separation, REDS）合成裝置，該裝置利用電化學還原過程將納米顆粒沉積在連續旋轉的基底表面，之後通過機械剝離的方法獲得分散的金屬納米材料。REDS技術提供了一種可控的、可規模化、綠色低成本製備高質量納米顆粒的新方法。在REDS方法中，高速旋轉的過程可以控制材料的形核生長，為控制納米材料的尺寸和形貌提供了一種新思路。

該方法適用於合成多種不同的金屬基納米材料，包括金屬單質納米顆粒(如Ag、Au、Ni、Cu)、合金納米顆粒(如FeCoNi和FeCoNiW)和金屬氧化物納米材料(如Co3O4)。通過進一步控制電沉積過程中金屬原子的沉積條件，該方法還可以製備具有複雜結構的納米材料，例如金屬多面體、金屬納米片、金屬枝晶和金屬納米花等結構。利用銀球狀納米顆粒，可以製備性能優異的導電漿料，用於印刷近場通信標籤和觸控螢幕面板等電子器件。將REDS方法替代傳統的化學合成法製備銀納米顆粒，可以降低90%的工業加工成本，對於銀納米材料的工業應用具有極大的前景。

本文來自「清華大學」。

來源：材料科學與工程

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