抗菌导电型铜纳米颗粒的制备方法、铜纳米颗粒及应用

本发明涉及纳米材料科学和材料工程领域，具体涉及抗菌导电型铜纳米颗粒的制备方法。

背景技术：

1、铜纳米颗粒由于具有优良的导电、导热、抗菌及催化活性而受到研究者的广泛关注。铜纳米颗粒的合成方法主要包括：液相还原法、微乳液法、电化学还原法等。

2、液相还原法是合成铜纳米颗粒最常用的方法。li等人在聚乙烯吡咯烷酮(pvp)和十六甲基溴化铵(ctab)的共同作用下合成的铜纳米颗粒具有较为良好的分散性，并且铜纳米颗粒的尺寸也会更小。然而，单独使用pvp或ctab作为分散剂时，均存在颗粒尺寸不均匀的问题。

3、微乳液法是指在表面活性剂的作用下，将两种互不相容的反应物形成比较均匀的微乳液体系，并从微乳液中析出纳米粉体颗粒一种方法。微乳液法常用的表面活性剂：如十六烧基三甲基漠化铵、硬脂酸、琥珀酸二辛酯磺酸(aot)、聚氧z,烯酥类等。董春法在不通入任何保护气体的情况下，以硫酸铜为铜源、水合肼为还原剂、阿拉伯树胶(ga)为保护剂，得到单分散的纳米铜溶胶。但此法的制备成本较高。

4、电化学法制备铜纳米颗粒在电极表面施加电压或电流后，金属离子(在此情况下为铜离子cu2+)在阴极(负极)上接受电子，发生还原反应，在这个过程中，铜离子cu2+被还原成铜原子cu，随后这些铜原子开始在电极表面集，通过自组装和核生长形成纳米尺度的铜颗粒。电化学法能够直接利用电能进行氧化还原反应，无需额外的还原剂或催化剂。但存在成本较高、产量限制和技术要求高等问题

5、此外，铜纳米颗粒的过程中，常用的化学还原剂，如硼氢化钠、肼等，具有一定的环境危害性，并且为了防止其对环境和人体健康造成损害，需要在严格的安全措施下使用和处理，对操作和反应条件严格且不符合现代化学工业对环保和可持续发展的要求。

6、因此，开发铜纳米颗粒的绿色合成工艺，对于降低环境污染、提高制备工艺的安全性以及提高铜纳米颗粒的应用性能，具有重要意义。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种抗菌导电型铜纳米颗粒的制备方法、铜纳米颗粒及应用。

2、本发明采用如下技术方案：

3、(一)一种抗菌导电型铜纳米颗粒的制备方法

4、所述制备方法包括以下步骤：

5、1)前驱体溶液的制备：向超纯水中加入五水硫酸铜和聚乙烯吡咯烷酮，得到前驱体溶液；

6、所述步骤1)得到的前驱体溶液中，五水硫酸铜的摩尔浓度为0.1～0.2mol/l，聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为0.49～0.8wt％；

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

8、所述步骤1)中，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量优选为3000000。

9、2)铜纳米颗粒的合成与收集：将所述步骤1)得到的前驱体溶液加热后，在第一反应温度下依次加入抗坏血酸(即维生素c)溶液和二甲基乙醇胺(dmea)，在第一反应温度下搅拌一段时间后，再在第二反应温度下保温一段时间，得到第一溶液；所述步骤2)中，所述抗坏血酸溶液的浓度为1～2mol/l，溶剂为水；所述前驱体溶液、抗坏血酸溶液和二甲基乙醇胺的体积比为50：10：0.3～0.6。

10、所述步骤2)具体包括以下步骤：

11、2.1)将前驱体溶液加热至第一反应温度，在第一反应温度、搅拌状态下，向前驱体溶液中逐滴加入抗坏血酸溶液，接着加入二甲基乙醇胺，在第一反应温度下搅拌1～2小时后，得到中间溶液；所述第一反应温度为75～95℃；所述步骤2.1)中，搅拌速率为400～600rpm；

12、2.2)将步骤2.1)得到的中间溶液转移至水热反应釜中，在第二反应温度、真空环境下保温4～8小时，得到第一溶液；所述第二反应温度为60～80℃。

13、3)有机模板剂的去除：将所述步骤2)得到的第一溶液过滤后取沉淀，对沉淀进行水洗、烘干、低温烧结后得到铜纳米颗粒。所述步骤3)具体包括以下步骤：

14、3.1)将第一溶液过滤后取沉淀，用去离子水洗涤沉淀并烘干，得到烘干后沉淀；烘干温度为80～100℃；

15、3.2)将步骤3.1)得到的烘干后沉淀转移至马弗炉中进行低温烧结处理，冷却后得到铜纳米颗粒；低温烧结的条件为：以2～4℃/min的升温速度，从常温升温至320～400℃后，在320～400℃的温度下煅烧5～12小时。

16、(二)一种铜纳米颗粒

17、所述铜纳米颗粒的形状为立方体，所述铜纳米颗粒的平均粒径为80～115nm。

18、(三)一种铜纳米颗粒的应用

19、所述铜纳米颗粒用于抗菌剂、抗菌材料或者柔性传感器的制备。

20、其中，所述柔性传感器包括电阻式传感器、电容式传感器、压磁式传感器、电感式传感器等。

21、本发明具有的有益效果是：

22、1、本发明方法以五水硫酸铜为铜源，抗坏血酸为还原剂，聚乙烯吡咯烷酮为保护剂，结合氧化还原法和低温烧结工艺制备获得了铜纳米颗粒。本发明方法操作简单易行、易于操作、工艺参数易于控制。

23、2、采用本发明方法制备所得的铜纳米颗粒平均直径为98nm，具有良好的耐高温性、抗菌性、导电性和传感性能，为纳米铜在抗菌剂、柔性传感等领域的应用提供高质量的原料。

24、3、本发明原料均为绿色环保材料，具有易于获取、环境友好、性能稳定等优势，更加符合现代化学工业对环保和可持续发展的要求。

1.一种抗菌导电型铜纳米颗粒的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的抗菌导电型铜纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤1)得到的前驱体溶液中，五水硫酸铜的摩尔浓度为0.1～0.2mol/l，聚乙烯吡咯烷酮的质量分数为0.49～0.8wt％。

3.根据权利要求1或2任一所述的抗菌导电型铜纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为1300000～3000000。

4.根据权利要求1或2任一所述的抗菌导电型铜纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤1)中，所述聚乙烯吡咯烷酮的分子量为3000000。

5.根据权利要求2所述的抗菌导电型铜纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤2)中，所述抗坏血酸溶液的浓度为1～2mol/l；所述前驱体溶液、抗坏血酸溶液和二甲基乙醇胺的体积比为50：10：0.3～0.6。

6.根据权利要求5所述的抗菌导电型铜纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤2)具体为：

7.根据权利要求1所述的抗菌导电型铜纳米颗粒的制备方法，其特征在于：所述步骤3)具体为：

8.一种采用如权利要求1～7任一所述的抗菌导电型铜纳米颗粒的制备方法制备得到的铜纳米颗粒。

9.根据权利要求8所述的铜纳米颗粒，其特征在于：所述铜纳米颗粒的形状为立方体，所述铜纳米颗粒的平均粒径为80～115nm。

10.一种如权利要求1～7任一所述的抗菌导电型铜纳米颗粒的制备方法或者如权利要求8～9任一所述的铜纳米颗粒的应用，其特征在于：用于抗菌剂、抗菌材料或者柔性传感器的制备。