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CN111842925A - 银纳米线的制备方法及其制备的银纳米线 - Google Patents

银纳米线的制备方法及其制备的银纳米线 Download PDF

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CN111842925A CN202010702904.4A CN202010702904A CN111842925A CN 111842925 A CN111842925 A CN 111842925A CN 202010702904 A CN202010702904 A CN 202010702904A CN 111842925 A CN111842925 A CN 111842925A
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曾琪
冉建华
权衡
姜会钰
倪丽杰
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Wuhan Textile University
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Abstract

本发明提供了一种银纳米线的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：提供金属氯化物的多元醇溶液；提供有机保护剂的多元醇溶液；提供银前驱体的多元醇溶液；将所述银前驱体的多元醇溶液与所述有机保护剂的多元醇溶液混合，得到第一混合溶液；将所述金属氯化物的多元醇溶液与所述第一混合溶液混合，制得第二混合溶液；将所述第二混合溶液于110℃～150℃温度条件下反应6h～10h，制得固液混合物，将所述固液混合物分离除去上层溶液，制得所述银纳米线。上述银纳米线的制备方法，制备的银纳米线平均长度达到为30μm以上，甚至能制备长度为120μm左右的银纳米线，且制备的银纳米线长度可控、尺寸均一。

Description

银纳米线的制备方法及其制备的银纳米线
技术领域
本发明涉及纳米材料制备技术领域，特别是涉及一种银纳米线的制备方法及其制备的银纳米线。
背景技术
透明导电电极(TCE)是太阳能电池、液晶显示器、有机发光二极管(OLED)、触摸屏、有机EL面板等光电器件的重要组成部分。氧化铟锡(ITO)因其高的光学透明性和低的片材电阻而被广泛用作TCE材料。随着光伏或光电器件在小型化、便携化、柔性化等方面的发展，ITO由于其化学和热稳定性弱、脆性大、有毒等特点，已经不能满足未来应用的需要。碳纳米管、金属栅极、石墨烯、薄金属膜等透明导电薄膜已经得到了广泛的研究，但其透光率、电导率和稳定性也不能同时满足TCE的要求。
银纳米线(AgNWs)因其在所有金属中具有最高的导电性和导热性而备受关注，并在制造纳米级电子器件方面具有潜在的应用前景，银纳米线被认为是在TCE生产中替代ITO用于柔性或可弯曲显示的有希望的候选材料。然而传统方法制备的银纳米线，不能生成状态较为均一的银纳米线，且银纳米线的长度往往不长。
发明内容
基于此，有必要针对传统方法制备的银纳米线状态不均一，长度较短的技术问题，本发明提供了一种新的银纳米线的制备方法及其制备的银纳米线。
本发明提供的一种银纳米线的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
提供金属氯化物的多元醇溶液；
提供有机保护剂的多元醇溶液；
提供银前驱体的多元醇溶液；
将所述银前驱体的多元醇溶液与所述有机保护剂的多元醇溶液混合，得到第一混合溶液；
将所述金属氯化物的多元醇溶液与所述第一混合溶液混合，制得第二混合溶液；
将所述第二混合溶液于110℃～150℃温度条件下反应6h～10h，制得固液混合物，将所述固液混合物分离除去上层溶液，制得所述银纳米线。
在其中的一个实施例中，所述银前驱体的多元醇溶液与所述有机保护剂的多元醇溶液的混合方式为将所述银前驱体的多元醇溶液滴加至所述有机保护剂的多元醇溶液中；所述金属氯化物的多元醇溶液与所述第一混合溶液的混合方式为将所述金属氯化物的多元醇溶液滴加至所述第一混合溶液中。
在其中的一个实施例中，所述金属氯化物包括氯化铁、氯化铜以及氯化钠中的任意一种，所述有机保护剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述银前驱体为硝酸银或醋酸银，所述多元醇选自乙二醇或丙三醇。
在其中的一个实施例中，所述金属氯化物的多元醇溶液的摩尔浓度为5μmol/L～55μmol/L。
在其中的一个实施例中，当所述金属氯化物为氯化铁时，所述金属氯化物的多元醇溶液的摩尔浓度为5μmol/L～35μmol/L；当所述金属氯化物为氯化铜时，所述金属氯化物的多元醇溶液的摩尔浓度为9μmol/L～51μmol/L；当所述金属氯化物为氯化钠时，所述金属氯化物的多元醇溶液的摩尔浓度为30μmol/L～37.5μmol/L。
在其中的一个实施例中，所述有机保护剂的多元醇溶液的质量浓度为2g/L～10g/L；所述银前驱体的多元醇溶液的质量浓度为2g/L～10g/L。
在其中的一个实施例中，所述第一混合溶液中所述有机保护剂与所述银前驱体的质量比为1:3～3:1。
在其中的一个实施例中，所述金属氯化物的多元醇溶液与所述第一混合溶液的体积比为1:100。
本发明还提供了一种银纳米线，所述银纳米线采用如上所述的制备方法制备而成。
在其中的一个实施例中，所述银纳米线的平均长度为30μm～120μm。
上述银纳米线的制备方法，通过金属氯化物诱导制备银纳米线，制备的银纳米线平均长度达到为30μm以上，甚至能制备长度为120μm左右的银纳米线，且制备的银纳米线长度可控、尺寸均一。此外，上述银纳米线的制备方法简单、反应条件温和，易于控制，重复性好。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的银纳米线的SEM图；
图2为本发明实施例2制得的银纳米线的SEM图；
图3为本发明实施例3制得的银纳米线的SEM图；
图4为本发明实施例1、2、3制备的银纳米线的XRD图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施方式对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本发明，但并不用于限定本发明。
需要说明的是，下述实施例所用的反应试剂均为市售的、纯度为化学纯或者化学纯以上的试剂。
与传统的银纳米线制备方法中对金属氯化物的种类以及有机保护剂的选用认识对产物的影响认识不同，本发明本发明研究发现，有机保护剂在反应中的作用不仅仅抑制银纳米线粒径的增长，且其自身的平均分子量还对银纳米线制备长度具有重要影响，选用不同平均分子量的有机保护剂，制备的银纳米线的长度差别很大。此外，金属氯化物的种类对制备的银纳米线的长度、均一性、产率也具有重要影响，并通过下实施例和对比例得到证实。
实施例1
分别配置摩尔浓度为12.5μmol/L的氯化铁的乙二醇溶液、质量浓度为6g/L的聚乙烯吡咯烷酮(平均分子量＝1300000)的乙二醇溶液以及配置质量浓度为4g/L的硝酸银的乙二醇溶液。将50mL硝酸银的乙二醇溶液滴加至50mL乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液中制得第一混合溶液，再将1mL氯化铁的乙二醇溶液滴加至上述第一混合溶液中，然后于130℃温度条件下反应8h。将反应后得到的固液混合物置于离心机中，以4000rpm的转速离心5min，无水乙醇洗涤固体2～3次，去除上层液体，将下层沉淀即银纳米线于无水乙醇中保存。经检测，制得的银纳米线的收率为72.5％。
请参阅图1所示，为实施例1制得的银纳米线的SEM图，从图中可以看出，制得的银纳米线的直径均一，该银纳米线的平均长度为30μm，经检测，产物中长度为25μm～35μm的银纳米线占比为94％。
实施例2
分别配置摩尔浓度为18.75μmol/L的氯化铜的乙二醇溶液、质量浓度为6g/L的聚乙烯吡咯烷酮(平均分子量＝1300000)的乙二醇溶液以及配置质量浓度为4g/L的硝酸银的乙二醇溶液。将50mL硝酸银的乙二醇溶液滴加至50mL乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液中制得第一混合溶液，再将1mL氯化铁的乙二醇溶液滴加至上述第一混合溶液中，然后于130℃温度条件下反应8h。将反应后得到的固液混合物置于离心机中，以4000rpm的转速离心5min，无水乙醇洗涤固体2～3次，去除上层液体，将下层沉淀即银纳米线于无水乙醇中保存。经检测，制得的银纳米线的收率为81.3％。
请参阅图2所示，为实施例2制得的银纳米线的SEM图，从图中可以看出，制得的银纳米线的直径均一，该银纳米线的平均长度为50μm，经检测，产物中长度为45μm～45μm的银纳米线占比为96％。
实施例3
分别配置摩尔浓度为37.5μmol/L的氯化钠的乙二醇溶液、质量浓度为6g/L的聚乙烯吡咯烷酮(平均分子量＝1300000)的乙二醇溶液以及配置质量浓度为4g/L的硝酸银的乙二醇溶液。将50mL硝酸银的乙二醇溶液滴加至50mL乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液中制得第一混合溶液，再将1mL氯化铁的乙二醇溶液滴加至上述第一混合溶液中，然后于130℃温度条件下反应8h。将反应后得到的固液混合物置于离心机中，以4000rpm的转速离心5min，无水乙醇洗涤固体2～3次，去除上层液体，将下层沉淀即银纳米线于无水乙醇中保存。经检测，制得的银纳米线的收率为83.7％。
请参阅图3所示，为实施例3制得的银纳米线的SEM图，从图中可以看出，制得的银纳米线的直径均一，该银纳米线的平均长度为120μm，经检测，产物中长度为115μm～125μm的银纳米线占比为97％。
请继续参阅图4所示，为本发明实施例1、2、3制备的银纳米线的XRD图。从图中可以看出，制备的银纳米线结晶完整。
实施例4
分别配置摩尔浓度为37.5μmol/L的氯化钠的乙二醇溶液、质量浓度为6g/L的聚乙烯吡咯烷酮(平均分子量＝58000)的乙二醇溶液以及配置质量浓度为4g/L的硝酸银的乙二醇溶液。将50mL硝酸银的乙二醇溶液滴加至50mL乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液中制得第一混合溶液，再将1mL氯化钠的乙二醇溶液滴加至上述第一混合溶液中，然后于130℃温度条件下反应8h。将反应后得到的固液混合物置于离心机中，以4000rpm的转速离心5min，无水乙醇洗涤固体2～3次，去除上层液体，将下层沉淀即银纳米线于无水乙醇中保存。经检测，制得的银纳米线的收率为82.2％，银纳米线的平均长度为20μm，产物中长度为15μm～25μm的银纳米线占比为94％。
实施例5
分别配置摩尔浓度为37.5μmol/L的氯化钠的乙二醇溶液、质量浓度为6g/L的聚乙烯吡咯烷酮(平均分子量＝36000)的乙二醇溶液以及配置质量浓度为4g/L的硝酸银的乙二醇溶液。将50mL硝酸银的乙二醇溶液滴加至50mL乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液中制得第一混合溶液，再将1mL氯化钠的乙二醇溶液滴加至上述第一混合溶液中，然后于130℃温度条件下反应8h。将反应后得到的固液混合物置于离心机中，以4000rpm的转速离心5min，无水乙醇洗涤固体2～3次，去除上层液体，将下层沉淀即银纳米线于无水乙醇中保存。经检测，制得的银纳米线的收率为75.6％，银纳米线的平均长度为10μm，经检测，产物中长度为5μm～5μm的银纳米线占比为94％。
从实施例4至5的实验结果可以看出，金属氧化物均为氯化钠时，当采用的聚乙烯比咯烷酮具有不同的平均分子量，制备的银纳米线的长度也明显不同，聚乙烯比咯烷酮的平均分子量越大，制备的银纳米线的长度也越长。
对比例1
分别配置摩尔浓度为12.5μmol/L的氯化钠的乙二醇溶液、25μmol/L的氯化钾的乙二醇溶液、质量浓度为6g/L的聚乙烯吡咯烷酮(平均分子量＝1300000)的乙二醇溶液以及配置质量浓度为4g/L的硝酸银的乙二醇溶液。将50mL硝酸银的乙二醇溶液滴加至50mL乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液中制得第一混合溶液，再将1mL氯化钠的乙二醇溶液以及1mL氯化钾的乙二醇溶液共同滴加至上述第一混合溶液中，然后于130℃温度条件下反应8h。将反应后得到的固液混合物置于离心机中，以4000rpm的转速离心5min，无水乙醇洗涤固体2～3次，去除上层液体，将下层沉淀即银纳米线于无水乙醇中保存。经检测，制得的银纳米线的收率为45.4％，银纳米线的平均长度为20μm，经检测，产物中长度为25μm～35μm的银纳米线占比为42％。
对比例2
分别配置摩尔浓度为12.5μmol/L的氯化铜的乙二醇溶液、12.5μmol/L的氯化钾的乙二醇溶液、质量浓度为6g/L的聚乙烯吡咯烷酮(平均分子量＝1300000)的乙二醇溶液以及配置质量浓度为4g/L的硝酸银的乙二醇溶液。将50mL硝酸银的乙二醇溶液滴加至50mL乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液中制得第一混合溶液，再将1mL氯化铜的乙二醇溶液以及1mL氯化钾的乙二醇溶液共同滴加至上述第一混合溶液中，然后于130℃温度条件下反应8h。将反应后得到的固液混合物置于离心机中，以4000rpm的转速离心5min，无水乙醇洗涤固体2～3次，去除上层液体，将下层沉淀即银纳米线于无水乙醇中保存。经检测，制得的银纳米线的收率为51.0％，银纳米线的平均长度为20μm，经检测，产物中长度为25μm～35μm的银纳米线占比为38％。
从实施例1至5以及对比例1和2中可以看出，当采用的金属氯化物为氯化铁、氯化铜或氯化钠，制备的银纳米线长度均一，产率高；而当金属氯化物含有氯化钾时，将严重影响制备的银纳米线长度的均一性。以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种银纳米线的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
提供金属氯化物的多元醇溶液；
提供有机保护剂的多元醇溶液；
提供银前驱体的多元醇溶液；
将所述银前驱体的多元醇溶液与所述有机保护剂的多元醇溶液混合，得到第一混合溶液；
将所述金属氯化物的多元醇溶液与所述第一混合溶液混合，制得第二混合溶液；
将所述第二混合溶液于110℃～150℃温度条件下反应6h～10h，制得固液混合物，将所述固液混合物分离除去上层溶液，制得所述银纳米线。
2.根据权利要求1所述的银纳米线的制备方法，其特征在于，所述银前驱体的多元醇溶液与所述有机保护剂的多元醇溶液的混合方式为将所述银前驱体的多元醇溶液滴加至所述有机保护剂的多元醇溶液中；所述金属氯化物的多元醇溶液与所述第一混合溶液的混合方式为将所述金属氯化物的多元醇溶液滴加至所述第一混合溶液中。
3.根据权利要求1所述的银纳米线的制备方法，其特征在于，所述金属氯化物包括氯化铁、氯化铜以及氯化钠中的任意一种，所述有机保护剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述银前驱体为硝酸银或醋酸银，所述多元醇选自乙二醇或丙三醇。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的银纳米线的制备方法，其特征在于，所述金属氯化物的多元醇溶液的摩尔浓度为5μmol/L～55μmol/L。
5.根据权利要求4所述的银纳米线的制备方法，其特征在于，当所述金属氯化物为氯化铁时，所述金属氯化物的多元醇溶液的摩尔浓度为5μmol/L～35μmol/L；当所述金属氯化物为氯化铜时，所述金属氯化物的多元醇溶液的摩尔浓度为9μmol/L～51μmol/L；当所述金属氯化物为氯化钠时，所述金属氯化物的多元醇溶液的摩尔浓度为30μmol/L～37.5μmol/L。
6.根据权利要求5所述的银纳米线的制备方法，其特征在于，所述有机保护剂的多元醇溶液的质量浓度为2g/L～10g/L；所述银前驱体的多元醇溶液的质量浓度为2g/L～10g/L。
7.根据权利要求6所述的银纳米线的制备方法，其特征在于，所述第一混合溶液中所述有机保护剂与所述银前驱体的质量比为1:3～3:1。
8.根据权利要求7所述的银纳米线的制备方法，其特征在于，所述金属氯化物的多元醇溶液与所述第一混合溶液的体积比为1:100。
9.一种银纳米线，其特征在于，所述银纳米线采用如权利要求1至8任意一项所述的制备方法制备而成。
10.根据权利要求9所述的银纳米线，其特征在于，所述银纳米线的平均长度为30μm～120μm。
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