[发明专利]使用共聚物封端剂制备银纳米线的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用新型封端剂(capping agent)制备银纳米线的方法，具体地，涉及一种均匀制备直径小于100nm且长度至少为5μm的银纳米线的方法，其中，当银纳米线是用银盐前驱体、还原性溶剂(a reducing solvent)和封端剂合成时，新采用乙烯基吡咯烷酮-乙烯基咪唑共聚物(vinylpyrrolidone-co-vinylimidazole copolymer)(PIC)作为所述封端剂。

背景技术

所谓的触摸屏用于各种电子设备，包括智能手机、平板电脑等。这种触摸屏包括透明电极膜，该透明电极膜具有数百欧姆/平方(Ω/□)或更低的表面电阻率和相对于基膜的透光率为90％或更高的透光率。

为此，目前可用的透明电极材料为铟锡氧化物(ITO)。使用喷射工艺(sputtering process)使透明电极膜在玻璃或透明聚合物膜的表面上形成，以使其具有几十到几百Ω/□的表面电阻率和相对于基膜的透光率为90％或更高的透光率。

然而，ITO透明薄膜由于真空处理而具有很高的制造成本，并且不耐外部冲击，例如热冲击。因此，已进行了许多尝试来取代ITO膜。

能够取代ITO透明电极材料的材料包括碳纳米管、石墨烯、导电聚合物和金属纳米线。其中，当制造成直径小于100nm且长度大约几十μm的金属纳米线以薄膜的形式设置在透明基膜的表面时，已知金属纳米线具有适用于透明电极的表面电阻率和透光率。尤其是当要求表面电阻率如几十Ω/□低时，具有几十Ω/□或更低表面电阻率和相对于基膜的透光率为90％或更高的透光率的银纳米线作为新型材料而受到关注，因为常规的ITO膜的透光率低。

银纳米线是金属纳米线中最有用的。已知银纳米线由使用所谓的多元醇法制造(参考：US 2005/0056118,Science 298,2176,2002,Chem.Mater.14,4736,2002)。

通过将银盐前驱体(金属前驱体)、例如乙二醇(EG)的还原性溶剂和封端剂混合，多元醇法能形成具有纳米数量级直径的银纳米线。

为了由金属盐前驱体(包括银盐)合成纳米线形式的纳米结构，封端剂的使用是必要的。该封端剂的典型例子包括聚环氧乙烷、葡萄糖类化合物、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和咪唑鎓盐离子液体(imidazolium ionic liquid)(IL)。最有用的封端剂可以包括聚乙烯吡咯烷酮和咪唑鎓盐类离子液体。当使用聚乙烯吡咯烷酮作为封端剂时，可以制造长且直径相对小的银纳米线，但是颗粒状银粒子可能会与纳米线一起形成，因此必须进行额外的步骤来分离颗粒状银以只获得纳米线，这是不可取的。另一方面，当使用咪唑鎓盐类离子液体作为封端剂时，可以控制该离子液体中的阴离子成分以合成不同形态的纳米结构，例如立方体、正八面体、纳米线等。(参考：Angewandte Chemie,121,3864,2009)。尤其是当使用离子液体作为封端剂制备银纳米线时，可以单独制造几乎没有颗粒状银的银纳米线，因此可以避免分离颗粒状银的额外步骤；然而，所得纳米线的直径稍大。

对于使用银合成金属纳米线，需要有能够克服现有的封端剂(例如聚乙烯吡咯烷酮和咪唑鎓盐类离子液体)缺点的新型封端剂，并且需要使用这种新型封端剂制备直径小于100nm且长度至少为5μm的银纳米线的方法。

发明内容

技术问题

因此，本发明的目的在于提供一种通过使用利用银盐前驱体的多元醇还原反应可重复制备直径小于100nm且长度为5μm或更长(没有任何其他纳米结构)的均匀的银纳米线的方法。

本发明的目的不局限于上述目的，且本领域技术人员能够从以下描述清楚地了解到本文没有提到的其他目的。

技术方案

为了实现上述目的，关于通过将银盐前驱体、还原性溶剂和封端剂混合的银纳米线的合成，本发明的发明人评价了各种封端剂对所合成的银纳米线的直径和长度的影响。

基于研究结果，本发明的发明人发现，关于通过将银盐前驱体(例如AgNO₃)和还原性溶剂(例如乙二醇)作为主要成分与封端剂混合合成银纳米线，当含有一种或多种功能团(functional groups)的共聚物被制备且被用作封端剂(取代仅仅由单一成分组成的常规共聚物的使用)时，表现出了单个功能团有益效果的组合。具体地，当使用既具有乙烯基吡咯烷酮功能团又具有乙烯基咪唑或乙烯基咪唑鎓盐功能团的共聚物作为封端剂时，可以合成几乎没有颗粒状银的直径小于100nm且长度至少为5μm(大多在20μm或更长)的银纳米线。