為了提高納米銀粉在導(dǎo)體漿料中的分散性以及與基體的結(jié)合力，通過直流電弧等離子法制備納米銀粉，并對銀粉進行表面改性。利用X射線衍射、X射線熒光分析、熱分析、透射電子顯微鏡等測試手段對樣品的晶體結(jié)構(gòu)、成分、形貌和粒徑分布進行表征。在測試納米Ag粉在無水乙醇介質(zhì)中pH-Zeta電位圖的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)研究了超聲時間、不同表面活性劑及其加入量對納米Ag粉在無水乙醇介質(zhì)中分散穩(wěn)定性的影響，并對其分散機理進行了初步探討。研究表明，直流電弧等離子法制備的納米銀粉純度高達99192%(質(zhì)量比)，分散性好，顆粒呈鏈球型，多晶立方結(jié)構(gòu)。在無水乙醇介質(zhì)中，推薦較好的納米Ag粉表面進行改性工藝為:三乙醇胺(TEA)/聚乙烯吡咯烷酮(PVP)復(fù)合表面活性劑修飾，其加入量為:215%TEA，215%PVP，超聲70min，pH值為8。

　　粒徑較小和粒度分布均勻的球形納米銀粉導(dǎo)電性能好，是一種優(yōu)良的微電子導(dǎo)電漿料和電極材料。納米金屬粉與普通金屬粉相比，具有比表面積大、表面原子數(shù)多、表面能高，且存在大量的表面缺陷和懸鍵，具有高度的不飽和性及很高的化學(xué)反應(yīng)活性。優(yōu)異的性能使得納米銀粉在陶瓷材料、導(dǎo)電漿料、抗菌劑、高密度磁記錄材料、高效催化劑等方面有著重要的應(yīng)用。納米金屬粉體表面能大，易發(fā)生團聚。在導(dǎo)體漿料中，金屬粉體的團聚會導(dǎo)致燒結(jié)的導(dǎo)電膜電性能下降，甚至不導(dǎo)電，同時也會降低可焊性和耐焊料浸蝕性等性能。對納米粉體的表面改性過程中，需要采用表面活性劑對其進行包覆，將納米顆粒的表面結(jié)構(gòu)進行改善，以提高粉體的分散性、流變性。

　　目前制備高分散銀粉主要有，在高分子保護下電解法、噴霧熱解法、化學(xué)還原法和在氣氛保護下直流電弧等離子體蒸發(fā)法。通過真空直流電弧等離子法制備的銀粉純度高且產(chǎn)率高。對于納米粉在液相中分散性能的研究，一般采用無水乙醇作為分散介質(zhì)，無水乙醇不僅與水具有良好的相容性，而且與多種有機物質(zhì)具有好的相容性。通過不同方法制備的納米銀粉表面性質(zhì)不同，因此，需要根據(jù)制備方法的不同選擇合適的表面活性劑。然而，目前很少有研究依據(jù)pH-zeta電位圖，并以能使電子漿料具有很好的假塑性流動和好的印刷性能為目標選擇合適的pH值及分散劑的種類。

　　通過真空直流電弧等離子方法制備納米銀粉，并分析表面活性劑對其分散性能和導(dǎo)電漿料的影響的方法尚未見文獻報導(dǎo)。本文制備的銀粉平均粒徑為54nm，粒徑分布在5~220nm區(qū)間，測試其在無水乙醇中的pH-zeta電位，并系統(tǒng)研究了表面活性劑種類、加入量及超聲時間對銀粉分散性能的影響，將該粉體應(yīng)用在導(dǎo)電漿料中測試其電性能，并對其分散機理和表面改性情況進行探討。

1、實驗部分

　　1.1、實驗原料及儀器

　　實驗原料:通過實驗室高真空三槍直流電弧等離子體制備超細金屬粉設(shè)備制備納米銀粉，實驗工藝參數(shù)為:陰極電流440A，充氣壓力0104MPa，氫氬比2/3。表面活性劑:三乙醇胺(TEA)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)，聚乙烯吡咯烷酮(PVP，K-30)、六偏磷酸鈉(SHMP)、聚乙二醇(PEG)、司班-85(Span-85)。

　　性能測定:采用美國FEI公司的Tecnai20透射電子顯微鏡(TEM)測定制備的顆粒的形貌;采用美國熱電公司ARLXcTRA型X射線衍射儀(XRD)對樣品進行物相分析;采用瑞士ARL公司的ADVANTcXP型X射線熒光光譜儀對樣品進行純度分析;采用美國TA公司的SDTQ600型熱重差熱聯(lián)用熱分析儀;采用瑞士Unico公司的UV1900紫外可見光雙光束分光光度計對粉體的分散性進行研究。

　　1.2、實驗過程

　　實驗采用高真空三槍直流電弧等離子體蒸發(fā)設(shè)備運行合適的參數(shù)制備納米金屬粉，設(shè)備簡圖見圖1。制粉前，放入已清洗過的純銀錠，密封設(shè)備后采用真空泵對真空室抽真空，并充入一定比例的氫氣和氬氣。接著，將兩電弧間距調(diào)節(jié)至適當距離，兩極間能夠產(chǎn)生高溫等離子體。高溫等離子體迅速加熱銀錠，銀蒸發(fā)形成蒸氣，接著，循環(huán)氣體將金屬蒸氣帶至收粉室。H2在電弧中離解形成高溫活性H，活性H射流進入熔體，在熔體中冷卻形成H2，大量的氫氣泡在金屬熔體中從內(nèi)向外溢出，理論上可以使得金屬熔體出現(xiàn)沸騰的現(xiàn)象，試驗中觀察發(fā)現(xiàn)此時金屬熔體在氫氣量較小時出現(xiàn)較平穩(wěn)的翻騰現(xiàn)象，氫氣量增大后翻騰現(xiàn)象更加顯著，當氫氬比達到2/3時，金屬熔體劇烈沸騰，并伴有金屬溶液的飛濺發(fā)生。因此，可以認為氫氣的加入使得金屬由一般蒸發(fā)過渡到了沸騰蒸發(fā)的范圍，蒸發(fā)速率大大提升。金屬蒸氣與氬氣分子相互碰撞，迅速損失能量并冷卻成核、生長，最后冷凝沉積形成松散的粉末。最后，關(guān)掉電弧使設(shè)備降溫，充入一定量的氬氣，在室溫下收集得到銀粉。

圖1 高真空三槍直流電弧等離子體蒸發(fā)納米金屬粉制備設(shè)備簡圖

　　接著測定銀粉在不同pH值下于無水乙醇中的Zeta電位，并得出其峰值，根據(jù)峰值選取合適的分散劑，研究其對粉體在無水乙醇介質(zhì)中分散性能的影響。實驗中稱量銀粉0.05g于100ml的無水乙醇溶液中，測定其最佳吸收波長。經(jīng)測定，該納米粉最佳吸收波長為421nm。改變表面活性劑的種類、入量和超聲時間，調(diào)整超聲功率為560W，通過測定溶液的吸光度來判定其分散效果。確定最佳分散工藝，分散納米銀粉一定時間后離心分離，去除上層清液，將改性后的納米銀粉用酒精反復(fù)洗滌3次后放入烘箱內(nèi)干燥，測試其熱失重情況。

　　采用分光光度計測試不同情況下粉體溶液的吸光度，以此來判斷粉體的分散效果，分光光度計是根據(jù)Beer-Lambert定律的原理制造的。其中

　　式中，A為吸光度，I0為入射光強度，I為透射光強度，E為摩爾吸光系數(shù)，c為摩爾濃度、b為光程。通過吸光度計算粉體分散性的機理是:溶劑中的物質(zhì)對光波中的某一波段有最佳的吸收，其吸光度大小與該物質(zhì)的濃度呈現(xiàn)正比的關(guān)系。將分散有銀粉的乙醇溶液滴入比色皿中，通過S22PC可見光分光光度計測試溶液的吸光度。吸光度越大，表明單位體積乙醇中的銀粉含量越高，分散性越好。

3、結(jié)論

　　(1)直流電弧等離子法制備出來純度高達99.92%的納米銀粉，銀粉平均粒徑為54nm。納米顆粒呈球狀，表面光潔，呈現(xiàn)多晶立方結(jié)構(gòu)，且存在晶格收縮。

　　(2)隨著pH值的增加，銀粉在無水乙醇中的Zeta電位先呈現(xiàn)正值再呈現(xiàn)負值，當pH值等于8時，Zeta電位最大，此時顆粒分散性最好。

　　(3)推薦納米銀粉在無水乙醇中的分散工藝為:pH=8的情況下，超聲時間70min，超聲功率560W，采用PVP/TEA復(fù)合表面活性劑修飾，其加入量為:2.5%PVP，2.5%TEA。最終完全吸附在銀粉表面的分散劑約3%。