[发明专利]一种合金包裹铜纳米线制备多功能核壳纳米材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及核壳纳米材料，尤其是涉及一种合金包裹铜纳米线制备多功能核壳纳米材料的方法。

背景技术

光电子器件技术蓬勃发展的今天，透明电极在平板电视、电子阅读器、智能手机、触摸屏、有机发光二级管、太阳能电池等光电子器件有着广泛的应用。所谓透明电极，就是一层既能传导电流又不阻碍光通过的薄膜。传统的透明电极材料一般是ITO及AZO等，随着光电子的快速发展，对于透明电极的需求也与日俱增，传统电极因其制作工艺复杂、资源短缺及价格昂贵等带来的矛盾日渐突出。另外，由于柔性衬底材料的迅速发展，寻找新型透明电极材料的要求显得更为迫切。近几年来，以PEDOT为代表的导电聚合物、碳纳米管、石墨烯以及金属纳米线获得了广泛的关注与研究(A.R.Rathmell et al.,Adv.Mater.2011，23,4798)。其中，Cu纳米线透明电极具备了可大规模定量制备、工艺简单、成本低廉等优势，同时与ITO还有着相当的光电特性，因此其在众多新型透明电极材料中脱颖而出，被公认为新一代的透明电极材料。

在Cu纳米线的研究中，人们发现其有很好的机械稳定性，弯折1000次以上仍保持性能不变(S.R.Ye et al.,Adv.Mater.2014，26,6670)，唯一要解决的就是如何增加Cu纳米线的稳定性，特别是抗氧化能力。因此Wiley研究小组尝试用不同方法在Cu纳米线表面分别包裹了Ni、Zn、Sn等金属(Z.F.Chen et al.,Acs.Nano.2014，8,9673),以此提高了Cu纳米线的抗氧化能力。然而，由于其包裹实验过于繁琐，包裹不同金属需用到不同的实验方法，且他们在裹Sn，Zn实验中用到的电镀法，成本昂贵，工艺复杂，难于大规模运用。

基于上述考虑，如何将Ni、Zn、Sn、Ti等这类高电导率强抗氧化性的金属包裹在Cu纳米线上成了亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的旨在提供不仅可以提高Cu纳米线电极的抗氧化性，而且具有不同功函数的透明金属电极，提高铜基纳米线透明电极应用上广泛性和灵活性的一种合金包裹铜纳米线制备多功能核壳纳米材料的方法。

本发明包括以下步骤：

1)将Cu纳米线与金属有机盐混溶于十八烯胺溶液中并装入反应容器内；

2)将反应容器置于恒温加热磁力搅拌器中，在设定温度下进行搅拌加热，整个反应在两个温度区间内分阶段进行，第一阶段，在大气氛围下，将反应容器内溶液温度由室温加热至80～120℃后，磁力搅拌器进入恒温加热模式，溶液温度保持不变，同时，通入N₂，使反应溶液在N₂氛围下恒温加热10～20min；第二阶段，当金属有机盐为乙酰丙酮镍或乙酰丙酮锌(即在Cu纳米线上包裹镍或锌)时，反应温度为180～210℃，此时恒温加热磁力搅拌器温度设定为180～210℃；当金属有机盐为乙酰丙酮钒或乙酰丙酮钛(即在Cu纳米线上包裹钒或钛)时，反应温度为140～170℃，此时恒温加热磁力搅拌器温度设定为140～170℃，当反应溶液的温度由80～120℃达到设定温度后，反应再次进入恒温加热模式，30～60min后，反应结束；

3)反应结束后，关闭恒温加热磁力搅拌器，待反应溶液自然冷却，加入正己烷溶液，再将反应容器置于超声仪中进行超声后，将溶液转移至离心管中离心，纳米线固体沉积在离心管底部，将离心管中的上层溶液倒掉即可获得完成包裹后的Cu纳米线。

在步骤1)中，所述金属有机盐可选自乙酰丙酮镍、乙酰丙酮锌、乙酰丙酮钒、乙酰丙酮氧钛等中的一种；所述Cu纳米线与金属有机盐的摩尔比可为(4～20)∶1。

在步骤3)中，所述正己烷溶液的加入量可为反应容器容量的1/3；所述超声的时间可为3～5min。

本发明利用离心技术和液相合成法，将不同金属可选择地、灵活地包裹在Cu纳米线表面，形成同轴型的包裹结构。利用壳层金属稳定不易氧化的特性，提高Cu纳米的稳定性；利用壳层金属功函数不同的特点，实现透明电极功函数可调，提高了Cu纳米线的电学特性。

本发明实现了用同一种方法在Cu纳米线上包裹上了不同金属，操作简单、重复性好、可定量制备，易于大规模生产运用。包裹后的Cu纳米线不仅保持了良好的光电特性又具备了抗氧化的特性，加之所包裹的金属有着不同的功函数，因此能实现在各类光电器件上的广泛应用。