【背景及概况】^[1][2]

纳米材料由于在力学、电学、热学、光学、催化等方面具有不同于传统材料的奇异特性，引起人们的广泛兴趣，成为具有特殊性能的功能材料理论研究和应用开发的重要课题。在金属纳米材料中纳米银显示出广阔的应用前景：在化纤中加入少量纳米银，可以改善化纤制品的某些性能，并使其具有强杀菌能力；在氧化硅薄膜中掺杂适量的纳米银，可使镀膜的玻璃有一定的光致发光性；利用纳米银作稀释致冷剂的热交换器效率较传统材料高 30%；工业上用纳米银作为某些化学反应的催化剂，可大大提高反应速度和效率等，因此纳米银的制备和研究就显得尤为重要。

纳米银粉包括纳米片状银粉和纳米球形银粉2种。用纳米银粉替代现在市场上使用的微米银粉有以下优点：

1) 用纳米银粉生产的电子浆料中金属微粒的粒度更小，在进行丝网印刷时可用更大目数的丝网，从而得到致密程度更好的表面涂层，而且丝网操作的工作效率高。

2）可以减少银用量，降低生产成本。据德国不来梅应用物理研究所的一项专利称，用纳米银粉代替微米银粉制成的导电胶，可以焊接金属和陶瓷，涂层不需太厚，而且涂层表面平整，可以节省 50%银用量。

3）由于纳米银粉的熔点通常低于粗晶粒物体，因此用纳米银粉制成的导电浆料，烧结温度一般低于普通浆料，这就降低了对基片材料耐高温性能的要求，甚至可以用塑料等作为基片材料。

【特性】^[3]

1. 表面效应

纳米银粉的表面效应是指银变成超细粉后，表面积增大，表面原子数目增多造成的效应。纳米银粉的表面原子数与总原子数之比随粒径的变小而急剧增大。纳米银粉的比表面积一般可达1-10m²/g。比表面积的改变导致一系列性质的变化，如熔点随颗粒变小而降低，纳米银粉在低温时热阻趋于零，强度等机械性能随颗粒减小而增加等。此外，纳米银粉表面原子的几何构型、原子间的相互作用与电子能谱同内部均有不同，具有很大的化学活性，因此与表面有关的吸附、催化、扩散烧结等特性明显与银的大颗粒不同。

2. 体积效应

纳米银粉的体积效应是指体积缩小，粒子内的原子数目减少而造成的效应。随着纳米银粉颗粒中原子数的减少，能带中的能级间隔将加大，一些电、磁、热等性能将发生异常。人们可以直观觉察到，纳米银粉呈黑色而不是呈大颗粒银的银白色，并且粒径越小颜色越深。这是由于随着银颗粒的减小，出现了质子振动和能级不连续等特点，光的吸收、发射和散射发生重大变化所造成的。

3. 量子尺寸效应

随着颗粒的减小，在低温条件下，纳米银粉能够呈现出量子尺寸效应，从能带理论出发，块状金属传导电子的能谱是准连续的。然而，当颗粒尺寸减小时，连续的能带将分立成不连续的能级。当分立能级之间的间距大于热能、磁能、静电能、光子能量、超导态的凝聚能时,就会产生异于宏观物体的效应，称之为量子尺寸效应。如银纳米颗粒在低温存在一种所谓的“库泊效应”，即能级不连续性。粒径<10nm的超细颗粒的电子数约10⁴个，在基准能级与费米能级之间各状态的能量约为1K，因此费米能级的能量约相当于10⁴K。这就意味着由于能级的不连续性导致银纳米颗粒在低温液氦温度的磁化率、电导性、比热和核磁弛豫等性能的反常性。目前量子尺寸效应已被磁测量、核磁共振、电子自旋共振、光谱线位移等实验所证实一。

4. 宏观量子隧道效应

电子具有粒子性又具有波动性，具有穿越势垒的能力称为隧道效应。近年来，人们发现一些宏观物理量，如纳米粒子的磁化强度等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观的势垒而产生变化，这被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。

【应用】^[2][3]

纳米银粉基于其粉体粒径小，而具有比表面积大、活性大、催化活性高、熔点低、烧结性能好等优点，同时还保留了金属银的导电性好、抗菌性能好，电铸银颜色光亮的优点，使纳米银粉的用途更加广泛。具体可总结如下：

此外，纳米银颗粒在医药领域也具有一定的用途，具有抗多种微生物的性能，而且它克服了抗生素的种种弊端。虽然其长期使用的效应还有待于进一步深入研究，但就目前的试验结果来看，纳米银粉不会引起病原体产生抗体或发生突变，不会干扰人体的正常免疫功能，也不对小孩的成长发育造成不良影响。带正电荷的纳米银离子吸附在带负电荷的微生物细胞壁上，影响微生物所需要基本物质的传输，细胞会破裂而死亡。纳米银颗粒也具有抑制汗味的功能，它会影响电子转移系统的基础代谢，杀死微生物。对于控制致病菌来说，纳米银使用量非常少，成本较低，不产生任何耐药性和不良反应,而且对环境友好，不会污染环境。中科院、医科院、军科院、北京大学等权威机构检测认为纳米银粉对大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、铜绿假单胞菌、白色念珠菌等数十种致病微生物都有强烈的抑制和杀灭作用，对引起性传播疾病的淋球菌、沙眼衣原体均有极强杀灭作用。作为一种全新的抗感染产品，纳米银抗菌微粉不同于目前所有的抗感染药物，它具有广谱、无耐药性、不受酸碱度影响、亲水、环保等多种性能。

【生产工艺】^[2][3]

纳米银粉可分为纳米片状银粉和纳米球形银粉。片状银粉的制备方法可分为还原沉积法、光诱导法和还原球磨法；球形银粉的制备方法按体系状态的不同可以分为液相法和气相法，具体方法及分类如下：

片状银粉的制备：片状银粉是指一维厚度＜100nm 的片状粉末，其制备方法不同，可分为还原球磨法、光诱导法和化学还原法。

1）还原球磨法：是以化学还原法制备的纳米级颗粒状银粉为原料，经球磨将其压成片状，从而得到片状银粉的方法。球磨方法制备的光亮银粉色泽光亮、密度大、机械性能好、比表面积大，可改善粉末的烧结性能和增大冷却速度。用作电子材料的片状银粉的松装密度是十分重要的技术指标，松装密度大的银粉适合制作高温烧结银浆，松装密度小的银粉适合制作低温固化银浆。如果单从获得优良的导电性方面考虑，应该制备松装密度小、比表面积适中、片状大小不均匀且片薄的银粉。

2）光诱导法：该方法是先制得银溶胶，然后在光照射条件下，使银的生长发生改变。周用光诱导法使银溶胶粒子在生长过程中发生变形，将大量银溶胶制成具有片状外形的纳米级银粉。他们首先通过还原保护工艺制得银溶胶，所得溶胶再置于带夹套的石英玻璃容器中，夹套内分别加入各种滤波溶液控制透过光的波长；将该容器放置在光化学反应器中，在搅拌下用 250W 荧光灯辐照；约 70h 后，反应混合物用高速离心机(4000r/min)离心处理，所得湿固体真空干燥，得到片状银粉。

3）化学还原/沉积法：是通过化学还原/沉积的方式，一步获得片状银粉的方法。该方法制备的片状银粉具有纯度高、片状均匀、亮度好的优点，但由于得到的粉末机械性能差，当银粉与树脂匹配轧制成浆料后，在加热固化时，随着固化温度升高，银片收缩，形成颗粒并变粗，失去银粉光泽而呈银灰色，导致零位电阻增加，该方法还在进一步的研究之中。

2.  球形银粉的制备：球形银粉是指粒径＜100nm 的球形或者类球形东曹银粉，由于其粒径小，具有高表面活性、大比表面积、强催化能力，所以其应用越来越广泛。按制备方法体系的不同可分为液相法和气相法。

1）液相法：该法由于容易控制形貌、操作简单、银粉粒径小等优点，所以研究很多。根据液相法制备银粉的关键反应物质的状态不同又可分为液相还原法和液固相还原法，二者的差别是采用不同的银盐、保护剂和还原剂。采用的银盐有：硝酸银(AgNO₃)、氰化银钾[KAg(CN)₂]，或者将硝酸银转化为 Ag₂O、Ag₂CO₃及银氨络离子。可选用的还原剂有：水合肼、葡萄糖、甲醛、次亚磷酸钠、抗坏血酸、鞣酸、羧酸、三乙醇胺、甘油、不饱和醇、有机胺等。常用的分散剂和保护剂有：聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚乙烯醇(PVA)、十二烷基硫酸钠(DBS)、明胶、山梨醇、三乙醇胺等。

A: 液相还原法：是用还原剂在水溶液或者有机体系内将银离子或银的配离子溶液还原，得到银纳米颗粒的方法。从实质上说，它是一个电化学、热力学、动力学以及流体力学等的综合过程。这增稠剂个过程决定了粉末的粒径分布、纯度和团聚状况等物理和化学性质。

B: 液固相还原法：是用还原剂在水溶液或者有机体系内，将银的不溶化合物还原，得到银纳米颗粒的方法。跟液相还原法相似，不同的是还原时银的存在状态不一样，液相还原时银以银离子或者银配合离子的形式存在，而液固相还原时银则以固态的氧化银、或碳酸银或者其它的形式存在，两者各有优缺点。

2）气相法：主要是用加热的方法使金属银或者银盐蒸发为气体或用等离子体或介质将熔融银雾化成纳米银粉，然后再收集得到。可以分为喷雾热分解法、等离子体蒸发冷凝法和水雾化法等。

【参考文献】

[1] 魏智强, 夏天东, 冯旺军, 等. 纳米银粉的制备及表征[J]. 贵金属, 2006, 27(2): 1-4.

[2] 楚广, 杨天足, 刘伟锋, 等. 纳米银粉的制备及其应用研究进展[J]. 贵金属, 2006, 27(1): 57-63.

[3] 殷杰. 纳米银粉的制备工艺及抗菌应用研究[D]. 四川: 四川大学材料科学与工程学院, 2006.