[发明专利]一种纳米铜线及电沉积法制备纳米铜线的方法

说明书

本发明提供了一种纳米铜线及电沉积法制备纳米铜线的方法，涉及纳米材料技术领域。该方法是将铜盐溶液和导向剂腺嘌呤溶液按照一定比例混合，并加硫酸调节pH，混合后溶液中铜离子的浓度为15～30mmol/L，腺嘌呤浓度为2～4mmol/L。以光亮铜箔片作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，铂丝作为对电极，连接电化学工作站，室温下在设定的电压和沉积时间条件下进行电沉积，可获得大小均匀、分布密集，长度为2～3μm，直径为120～130nm的纳米铜线。本发明采用电化学沉积方法制备的纳米铜线具有较好的分散性和抗氧化性，粒径大小均一，制备过程快速简便。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术研究领域，具体涉及一种电沉积法制备纳米铜线的方法。

背景技术

纳米铜作为重要的工业原料，可代替贵金属银、金，在制备导电材料、高效催化剂以及润滑油添加剂等方面大大降低成本，有着广阔的应用前景，可用于催化、微电子、涂料、医学等领域，且高纵横比的铜纳米线具有优异的延展性和导电性。将高透过率、高导电性的柔性铜纳米线做成透明电极，可替代昂贵的ITO导电材料，应用于触摸屏、锂离子电池、智能窗、机器人系统等诸多领域。

目前报道的铜纳米线制备方法主要是利用还原剂(水合肼、硼氢化钾、硼氢化钠、葡萄糖、二氧化硫脲、盐酸羟胺等)将铜离子还原得到铜晶粒，然后再加入导向剂(1,2-丙二胺、甲胺、乙二胺、二乙烯三胺等)最终得到纳米铜线(如专利CN 110385444 B、CN103658675 B、CN 110355379 A)。整个过程中需要使用保护剂、分散剂、导向剂等多种试剂，涉及到易制爆化学品(水合肼、硼氢化钠等)、有毒挥发性强的有机物(如乙二胺、二乙烯三胺等)，过量的碱液(氢氧化钠、氢氧化钾等)，同时需要在加热条件下进行，并且制得的纳米铜线需要经过多次过滤和洗涤，制备过程步骤繁琐、耗时，不适合批量生产。还有报道使用金、银和铂等贵金属做催化剂制备超长纳米线，制备成本昂贵。这些制备方法成本较高、工艺复杂，且合成的纳米线均匀性低，产率不高。因此，提供一种以简单材料和简单的方法制备尺寸均匀、分散性良好、抗氧化性好的纳米铜线仍是至关重要的。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种在室温下即可获得尺寸均匀、分散性良好、抗氧化性好的纳米铜线的方法，整个过程不涉及多种有毒易挥发试剂，只需加入单一导向剂腺嘌呤，且生产成本低、工艺简单、产率高。

本发明提供了一种纳米铜线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将铜盐和导向剂腺嘌呤溶于水中制成溶液，按照一定比例混合后，加硫酸调节pH至1.03。

(2)将步骤(1)的溶液置于电解槽中，将光亮铜箔片作为工作电极，饱和甘汞电极作为参比电极，铂丝作为对电极，连接电化学工作站，室温下，在设定的电压及时间参数下进行电沉积过程。

其中，步骤(1)中所使用的铜盐为CuSO₄·5H₂O，铜盐的浓度为15～30mmol/L；使用腺嘌呤浓度为2～4mmol/L。

步骤(2)中所使用的铜箔片厚度为70μm，大小为5×5mm²，使用CHI660E电化学工作站进行沉积，施加电压为-0.3～-0.4V，沉积时间为200～400s。

上述制备方法制得的纳米铜线具有较好的抗氧化性，粒径大小均一，长径比为16:1-23:1。

本发明与现有技术相比，具有如下优点及有益效果：

(1)本发明是在水溶液中制备纳米铜线，无需有机溶剂，且原料成本低，制备过程简便快捷，产率高，有利于工业生产。

(2)本发明得到的铜纳米线具有良好的分散性和抗氧化性，粒径大小较为均一，长度为2～3μm，直径为120～130nm之间的纳米铜线。

附图说明

图1是本发明实施例1制得的纳米铜线的SEM图。