[发明专利]一种高长宽比银纳米线的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种高长宽比银纳米线的制备方法及应用；属于无机纳米材料制备技术领域。

背景技术

银纳米线具有优异的电学、电化学性能，在透明薄膜电极、催化、生物医学领域具有广泛的应用前景。长宽比是影响银纳米线应用的关键因素。如在透明导电薄膜制备中，较低的长宽比严重影响其透光性能的提高。现有银纳米线合成中,通常采用较多的方法是美国华盛顿大学的Xia Younan等人提出的“多元醇法”(Advanced Materials(2002)14,833;Nano letters(2003)3,955)。该方法需要采用蠕动泵来精确控制硝酸银溶液以及模板剂溶液的注入速率，以获得银纳米线。采用该方法合成银纳米线长度范围为1～30μm，长宽比低于300（平均长宽比为100～200）。尽管个别可达1000（对应银纳米线长度50μm，宽度50nm），但是难以重复。而且该方法要求对银盐、模板剂溶液的注入速率进行精确控制，增加了生产成本。传统的“多元醇法”中对硝酸银溶液注入速率的精确控制要求制约了对银纳米线长宽比的调控。银还原反应需要加热条件，而硝酸银溶液的温度通常在室温以下，与反应体系温度（150～180°C）相距较大。因此，在注入过程中，相对低温的硝酸银溶液对反应体系热量吸收的干扰将严重影响反应动力学速率，从而影响银纳米线的生长，使得其长宽比难以控制。

银纳米线的一个重要应用领域为柔性透明导电薄膜。银纳米线透明导电薄膜常采用三步法进行。即先沉积银纳米线薄膜，然后沉积胶体薄膜，最后通过加热烘烤制备成薄膜。由于纳米线之间为松散堆积，后续胶体沉积过程中，可能使银纳米线产生团簇，从而影响薄膜光电性能。因此，采用现有银纳米线，以及现有工艺制备的透明导电薄膜的光电性能较低，如方块电阻为15-200Ω/□，透光率为40-75%。为此需要寻求高长宽比银纳米线合成方法以及薄膜制备方法。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供了一种高长宽比银纳米线的制备方法及应用；即通过一次性加入银盐进行还原反应，即可获得平均长度≥52μm，平均长宽比≥400的银纳米线；具有操作简单，重复性好的优点。

本发明一种高长宽比银纳米线的制备方法，其实施方案为：

步骤一

取聚乙烯吡咯烷酮、还原剂、金属卤化物混合，得到混合液；还原剂选自乙二醇、聚乙二醇、乙二醇甲醚中的一种；所述混合液中，聚乙烯吡咯烷酮的质量体积浓度为1-100g/L；金属卤化物的摩尔体积浓度为0.0001-0.01mol/L；

步骤二

将步骤一所配混合液加热至100-170℃后，向其中一次性加入银盐进行反应，反应结束后对反应产物进行离心清洗，得到银纳米线；银盐的加入量按反应体系中银元素的浓度为0.01～0.20mol/L的量控制。

本发明一种高长宽比银纳米线的制备方法，所述金属卤化物选自氯化钠、氯化钾、氯化铜、氯化镁、氯化钙、氯化银、溴化钠、溴化钾、溴化铜、溴化镁、溴化钙、溴化银中的一种。

本发明一种高长宽比银纳米线的制备方法，所述银盐为硝酸银或醋酸银。

本发明一种高长宽比银纳米线的制备方法，银盐以固态粉末或溶液的形式加入。

本发明一种高长宽比银纳米线的制备方法，银盐加入后的反应时间为5-24h。

本发明一种高长宽比银纳米线的制备方法，离心清洗时，清洗剂为乙醇和丙酮组成的混合溶液，其中乙醇与丙酮的体积比为1:3-3:1；离心清洗次数为3～5次；离心机转速为500～5000r/min。

本发明一种高长宽比银纳米线的制备方法，制备的银纳米线平均长度≥52μm，平均长宽比≥400。

本发明一种高长宽比银纳米线的制备方法中，所述的银纳米线长宽比是指银纳米线长度与其横截面宽度的比值。

本发明所述的一种高长宽比银纳米线的应用，包括：高长宽比银纳米线用于制备透明导电薄膜。

本发明所述的一种高长宽比银纳米线的应用，将高长宽比银纳米线制备成的透明导电薄膜的方块电阻≤10Ω/□，该薄膜在500纳米以上波长区域的透过率≥90%。

本发明所述聚乙烯吡咯烷酮由天津市大茂化学试剂厂制备的，其纯度为分析纯，其型号为K30，其分子量约10000。

本发明所述的乙二醇、乙二醇甲醚均由国药集团化学试剂有限公司制备，其纯度为分析纯。

本发明所述的聚乙二醇由国药集团化学试剂有限公司制备，其纯度为分析纯，其分子量约为600。

有益的效果