简述纳米银的应用|UIVCHEM
2017-03-16
纳米银是金属单质银通过复杂的物理化学工艺生产加工的超微小纳米粒子。目前的技术一般只能达到20纳米左右，只有少数可以达到粒径小于5纳米，比如宇瑞chem。纳米银具有良好的杀菌性能，并且纳米银的杀菌性能与其粒径存在正比关系，粒径越小，杀菌性能越强。
纳米银的运用领域广泛，主要运用在高端银浆、导电涂层、电镀工业、新能源、催化材料、绿色家电及家具产品、医疗领域。
本文主要讲述纳米银在日用杀菌上的运用。纳米银一般通过水或其它各种有机溶剂配置能溶液使用，浓度在1000-5000ppm之间。纳米银相比银具有更高的表面积、表面效应、量子尺寸效应等因此杀菌能力得到极大的提高。纳米银杀菌主要是针对单体细胞细菌，其原理主要是通过依附在细菌表面，经有效击穿细胞壁与细胞膜后，进入细菌体内。纳米银粒子与细菌蛋白酶中带负电荷的巯基发生反应，蛋白酶因巯基的丧失迅速失去活性变性，细菌无法呼吸、代谢及繁殖，直至死亡，达到灭菌效果。当菌体死亡后，纳米银又会从会从菌体中游离出来，继续重复加入杀菌上。据研究发现99%以上的有害菌都是单细胞体。
纳米溶液主要分为两种外观:无色透明纳米银溶液和有色纳米银溶液。
无色透明纳米银溶
纳米银的应用随着生活水平的提高,人们对健康安全的生活方式愈来愈关注。研究表明,日常生活中人们频繁接触的许多用品上都带有大量细菌,直接威胁着人们的健康。因此,研发高效无(低)毒的抗菌剂是一个既有社会意义又有经济意义的课题。由于银离子突出的杀菌效果、安全性以及外观颜色,在无机抗菌剂中多以银离子作为抗菌成分。但由于银的成本高,而且银离子化学性能不稳定,影响了它的应用。俄罗斯电化学研究所的专家研制出了含有纳米级银粒的涂料。这种涂料涂在板材上可以有效杀死附着在板材表面上的多种病菌,且其杀菌有效性能可保持近8个月。而且与普通银粒相比,尺寸仅为数十纳米的银粒具有更强的生物化学活性。漆、颜料、珐琅等涂料中加入这种银粒,便可获得杀菌的特性,从而减少人们感染病菌的可能性。系纳米母粒浸提液浸泡的滤纸圆片,在26～28℃恒温培养条件下,其最大抑菌效率较对照物提高1倍,质量分数为4%Ag系纳米材料保鲜膜制品圆片的最大抑菌效率提高67.9%。
无色透明纳米银溶
纳米银的应用随着生活水平的提高,人们对健康安全的生活方式愈来愈关注。研究表明,日常生活中人们频繁接触的许多用品上都带有大量细菌,直接威胁着人们的健康。因此,研发高效无(低)毒的抗菌剂是一个既有社会意义又有经济意义的课题。由于银离子突出的杀菌效果、安全性以及外观颜色,在无机抗菌剂中多以银离子作为抗菌成分。但由于银的成本高,而且银离子化学性能不稳定,影响了它的应用。俄罗斯电化学研究所的专家研制出了含有纳米级银粒的涂料。这种涂料涂在板材上可以有效杀死附着在板材表面上的多种病菌,且其杀菌有效性能可保持近8个月。而且与普通银粒相比,尺寸仅为数十纳米的银粒具有更强的生物化学活性。漆、颜料、珐琅等涂料中加入这种银粒,便可获得杀菌的特性,从而减少人们感染病菌的可能性。系纳米母粒浸提液浸泡的滤纸圆片,在26～28℃恒温培养条件下,其最大抑菌效率较对照物提高1倍,质量分数为4%Ag系纳米材料保鲜膜制品圆片的最大抑菌效率提高67.9%。
液为无色透明液体粒径在2-5nm，粒径小于5纳米的目前较少，主要有宇瑞chem等。有色纳米银溶液为黄褐色或黑色液体粒径在10-25nm。
纳米银的制备主要方法
有物 理方法、化学方法和生物还原法3大类。随着科技的进步，未来的纳米银生产技术将向低成本、低消耗、低污染的方向发展。在物理、化学制备方法相对已较为成熟的情况下，具有独特的技术和成本优势的生物还原法将可能成为未来纳米银生产技术的突破口，寻找新的具有较强银还原能力的菌种并优化其还原条件将是这种新技术的主要发展方向。激光制离法，在表面活性剂如十二烷基硫酸纳和十二烷基磺酸钠等存在下,用激光剥离银箔,可制出十分稳定的纳米银粒。研究表明,当纳米银粒表面遮覆2个分子厚的表面活性剂时,纳米银粒不发生团聚;田军等人采用532nm,10ns的激光在丙酮、水、甲醇、异丙醇等溶剂中辐照银金属基体材料与溶液界面处,利用超短脉冲激光对金属材料消融,制备了银纳米粒子溶胶152。激光法不涉及化学反应,制得的纳米银粒纯度较高,其中控制表面活性剂浓度和激光照射功率是制备纳米银的重要因素。ShinHS等162探讨了在稳定剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)存在下,通过C-辐射制备纳米银颗粒三步法原理,同时得出颗粒大小随PVP含量的增加而增大,随其分子量的增大而减小的结论。研磨法该方法是对冷凝法的一种改进。阳极为纯的银金属,在惰性气体氛围中,阴极在高电流下发射电子,使惰性气体被电离形成稳定的等离子体。在点燃电弧后的很短时间内,阳极金属被加热熔融蒸发形成蒸汽,大量似颗粒状烟灰的阳极金属银蒸汽与周围惰性气体原子激烈碰撞,并向四周扩散,其中有带电粒子的反极扩散和中性粒子的自由扩散,扩散过程伴随着带电粒子与处于基态和激发态中性粒子的碰撞和库仑碰撞,粒子不断电离复合进行充分的能量和电荷交换。由于惰性气体的对流,在接近冷却收集筒过程中,金属蒸汽迅速损失能量而冷却,造成很高的局域过饱和,这将导致均匀的成核过程。在金属颗粒的形成过程中,首先出现的是原子簇,接着析出单分散晶核,最后是晶体的生长与凝聚,并经骤冷装置/淬冷0后迅速损失能量而形成纳米微粒沉积在冷却收集筒。经过一定时间的Ar气稳定钝化处理,就可获得松散的银纳米粉，这些直接制备方法可较大量地制造纳米银粒,且制备的颗粒纯度较高,但需要在低压惰性气体气氛中和专业的设备内生成金属纳米单质,且原料成本较高。生物还原法，天然材料还原法 采用生物材料或生物体系天然合成纳米颗粒是解决生态友好及可靠性问题的一种较好的方法。国外许多研究者利用多聚糖来制备纳米银粒,如用可溶性淀粉作还原剂和稳定剂在高压锅中制备出了直径在10~34nm间的银纳米颗粒,该颗粒在水溶液中可室温(约25)稳定保存3个月以上。因可溶性淀粉是一种环境友好及可更新物质,因此该方法制得的纳米银颗粒是一种生态友好及生物兼容性材料,可广泛安全地应用于药物学及生物医学上。
有物 理方法、化学方法和生物还原法3大类。随着科技的进步，未来的纳米银生产技术将向低成本、低消耗、低污染的方向发展。在物理、化学制备方法相对已较为成熟的情况下，具有独特的技术和成本优势的生物还原法将可能成为未来纳米银生产技术的突破口，寻找新的具有较强银还原能力的菌种并优化其还原条件将是这种新技术的主要发展方向。激光制离法，在表面活性剂如十二烷基硫酸纳和十二烷基磺酸钠等存在下,用激光剥离银箔,可制出十分稳定的纳米银粒。研究表明,当纳米银粒表面遮覆2个分子厚的表面活性剂时,纳米银粒不发生团聚;田军等人采用532nm,10ns的激光在丙酮、水、甲醇、异丙醇等溶剂中辐照银金属基体材料与溶液界面处,利用超短脉冲激光对金属材料消融,制备了银纳米粒子溶胶152。激光法不涉及化学反应,制得的纳米银粒纯度较高,其中控制表面活性剂浓度和激光照射功率是制备纳米银的重要因素。ShinHS等162探讨了在稳定剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)存在下,通过C-辐射制备纳米银颗粒三步法原理,同时得出颗粒大小随PVP含量的增加而增大,随其分子量的增大而减小的结论。研磨法该方法是对冷凝法的一种改进。阳极为纯的银金属,在惰性气体氛围中,阴极在高电流下发射电子,使惰性气体被电离形成稳定的等离子体。在点燃电弧后的很短时间内,阳极金属被加热熔融蒸发形成蒸汽,大量似颗粒状烟灰的阳极金属银蒸汽与周围惰性气体原子激烈碰撞,并向四周扩散,其中有带电粒子的反极扩散和中性粒子的自由扩散,扩散过程伴随着带电粒子与处于基态和激发态中性粒子的碰撞和库仑碰撞,粒子不断电离复合进行充分的能量和电荷交换。由于惰性气体的对流,在接近冷却收集筒过程中,金属蒸汽迅速损失能量而冷却,造成很高的局域过饱和,这将导致均匀的成核过程。在金属颗粒的形成过程中,首先出现的是原子簇,接着析出单分散晶核,最后是晶体的生长与凝聚,并经骤冷装置/淬冷0后迅速损失能量而形成纳米微粒沉积在冷却收集筒。经过一定时间的Ar气稳定钝化处理,就可获得松散的银纳米粉，这些直接制备方法可较大量地制造纳米银粒,且制备的颗粒纯度较高,但需要在低压惰性气体气氛中和专业的设备内生成金属纳米单质,且原料成本较高。生物还原法，天然材料还原法 采用生物材料或生物体系天然合成纳米颗粒是解决生态友好及可靠性问题的一种较好的方法。国外许多研究者利用多聚糖来制备纳米银粒,如用可溶性淀粉作还原剂和稳定剂在高压锅中制备出了直径在10~34nm间的银纳米颗粒,该颗粒在水溶液中可室温(约25)稳定保存3个月以上。因可溶性淀粉是一种环境友好及可更新物质,因此该方法制得的纳米银颗粒是一种生态友好及生物兼容性材料,可广泛安全地应用于药物学及生物医学上。
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