[发明专利]一种铜/银核壳结构纳米线的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及化学镀银技术领域，特别涉及一种铜/银核壳结构纳米线的制备方法。

背景技术

随着透明光电子器件、柔性光电子器件以及新型高效太阳能电池的迅速发展，人们对透明导电薄膜电极的需求越来越高。现在广泛应用的是氧化铟锡(ITO)作为透明导电薄膜，但由于它具有稀有元素In以及它的导电性限制，使得以导电性更优，地壳中含量更高的Ag、Cu等纳米线制备的透明导电电极受到了极大地关注。

目前，Ag纳米线透明导电薄膜的研究和应用已经得以实现，获得了优良的透光率和导电性，然而由于Ag本身材料成本和制备过程的损失，使得Ag纳米线的透明导电薄膜的成本很高，不适应大规模的电学器件应用，只适应于高端、精密的微纳光电子器件的应用。因而，为了降低成本，Cu纳米线的透明导电薄膜电极也随即相应被开发出来，在主要参数——透光率和导电性都可以与现有的ITO电极相媲美，但是，由于纳米级的Cu本身是很活泼，表面极易容易氧化，具有不稳定性，进而影响Cu纳米线导电薄膜的导电性和透光率。

为了解决上述问题，有研究者提出了在Cu纳米线基体的表面包覆一层Ag壳层的技术方案，在保证导电性和透光率的同时，降低材料的成本。授权公告号为CN 103103510B的专利文献公开了一种镀银铜纳米线的制备方法，包括以下步骤：将分散剂及铜纳米线加入水中，超声分散得到铜纳米线分散液；在搅拌条件下，将银氨溶液缓慢加入到所述铜纳米线分散液中，在室温下反应30min～60min，得到混合液，其中，所述银氨溶液中的银氨络离子和所述铜纳米线的摩尔比为0.15:1～1:1；将所述混合液过滤收集滤渣，将所述滤渣提纯后得到所述镀银铜纳米线。上述镀银铜纳米线的制备方法，在室温条件下，能够一次性完成铜纳米线表面镀银的过程，相比于传统的在铜纳米材料表面镀银的方法，操作步骤简单，且无需添加还原剂。

但是现有技术制备得到的镀银铜纳米线的银层结构一般都较疏松，不紧密，这将会直接影响金属纳米线的性能。

发明内容

本发明提出了一种铜/银核壳结构纳米线的制备方法，可以制得Ag壳层包覆致密，直径均一的核壳结构的铜/银纳米线，并且制备方法简单，重复性高，成本低。

一种铜/银核壳结构纳米线的制备方法，包括以下步骤:

(1)将铜纳米线清洗后，分散于水中；

(2)向步骤(1)的分散液中加入硫脲，充分搅拌得到混合液；

(3)滴加硝酸银溶液到混合液中，避光搅拌；

(4)将步骤(3)的得到的产物进行过滤清洗，得到铜/银核壳结构纳米线。

本发明先制备得到铜纳米线，然后通过置换反应在铜纳米线表面镀银，得到铜/银核壳结构纳米线，并且在反应过程中加入硫脲(CS(NH₂)₂)，从而制备得到致密，直径均一的核壳结构。

为了提高铜/银核壳结构的质量和产量，优选的，步骤(2)中，硫脲在混合液中的浓度大于0.6g/L且摩尔浓度小于Cu元素的4倍。当硫脲含量过低时，核壳结构包覆不均匀，只是在Cu线表面覆盖一些颗粒状的银，不能完全包覆；同时，当硫脲摩尔浓度是Cu元素的4倍时，Cu元素会被络合形成较为稳定的Cu(CS(NH₂)₂)₄²⁺，将会大大消耗Cu基体，导致铜/银核壳结构纳米线产量减少。

进一步优选的，硫脲在混合液中的浓度大于1.0g/L。当硫脲的浓度大于1.0g/L时，核壳结构更致密均一。

铜纳米线可以通过市售获得，但是为了提高铜/银核壳结构的质量，首先要得到质地均匀、长径比大的铜纳米线，优选的，步骤(1)中的铜纳米线的制备步骤如下：

1-1、配置氢氧化钠和硝酸铜的水溶液，将硝酸铜溶液加入到氢氧化钠溶液中；

1-2、向步骤1-1得到的混合溶液中加入乙二胺，充分搅拌并加热至65～70℃；

1-3、在1-2得到的混合溶液加入水合肼溶液，充分搅拌，保温静置后得到在溶液上层的Cu纳米线膜；

1-4、收集和清洗1-3得到的Cu纳米线。

为了得到质地更均匀的铜纳米线，优选的，步骤1-1中氢氧化钠的浓度为10～20mol/L，硝酸铜的浓度为0.05～0.15mol/L，硝酸铜溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1/30～1/10。

为了得到长径比更大的铜纳米线，优选的，步骤1-2中，乙二胺加入后在混合液中的浓度为1.5～4.5mmol/L。