生产用于透明导体的超薄金属纳米线的方法技术

本公开提供了生产超薄金属纳米线的方法以及生产超薄铜细长纳米结构的方法。还要求保护的是通过这些方法生产的金属纳米线以及所述金属纳米线作为透明导体的用途。所述要求保护的方法包括以下步骤：a)形成包含硅烷基还原剂、铜金属盐以及表面配体的反应混合物，其中所述表面配体也可以是溶剂；以及b)在搅拌或不搅拌的情况下加热所述反应混合物并使其维持在高温下1小时至48小时。铜金属盐的实例是CuI、CuBr、CuCl、CuF、CuSCN、CuCl2、CuBr2、CuF2、CuOH2、D‑葡萄糖酸铜、CuMoO4、Cu(NO3)2、Cu(ClO4)2、CuP2O7、CuSeO3、CuSO4、酒石酸铜、Cu(BF4)2、Cu(NH3)4SO4、以及包括前述物质的任何水合物。硅烷基还原剂的实例是：三乙基硅烷、三甲硅烷、三异丙基硅烷、三苯基硅烷、三正丙基硅烷、三正己基硅烷、三乙氧基硅烷、三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷、三(三甲基甲硅烷基)硅烷、二叔丁基甲基硅烷、二乙基甲基硅烷、二异丙基氯硅烷、二甲基氯硅烷、二甲基乙氧基硅烷、二苯基甲基硅烷、乙基二甲基硅烷、乙基二氯硅烷、甲基二氯硅烷、甲基二乙氧基硅烷、十八烷基二甲基硅烷、苯基二甲基硅烷、苯基甲基氯硅烷、1,1,4,4‑四甲基‑1,4‑二硅杂丁烷、三氯硅烷、二甲基硅烷、二叔丁基硅烷、二氯硅烷、二乙基硅烷、二苯基硅烷、苯基甲基硅烷、正己基硅烷、正十八烷基硅烷、正辛基硅烷、以及苯基硅烷。表面配体的实例是油胺、三辛基氧化膦、油酸、1,2‑十六烷二醇、三辛基膦、或前述物质的任何组合。其中所述透明导体有用的器件的实例是：LCD显示器、LED显示器、光伏器件、触摸面板、太阳能电池板、发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、OLED显示器、以及电致变色窗。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】生产用于透明导体的超薄金属纳米线的方法对相关申请的交叉引用本申请依照美国法典第35篇第119条要求2014年9月26日提交的临时申请序列号62/056,338的优先权，该临时申请的公开内容以引用的方式并入本文。
本公开提供了生产超薄金属纳米线的方法、由其制备的超薄金属纳米线、以及它们作为透明导体的用途。
技术介绍
透明导电电极是许多光电器件，如触摸面板、显示电极(LCD和OLED)、光伏器件、以及电致变色窗的基本部件。因而，对透明导电电极的需求呈指数增长，从而产生巨大的市场。
技术实现思路
本公开提供了生产均匀的、超薄的以及高质量的金属纳米结构的创新性合成方法。在某些实施方案中，本文所公开的合成方法是基于溶液的，从而提供可伸缩性并且允许生产可以具有不同直径，例如1nm至70nm的金属纳米结构(例如Cu纳米线)。所得的金属纳米结构可以用于构建透明电极，所述透明电极与常规的金属氧化物导体，如氧化铟锡(ITO)相比具有更低的成本、更好的透明度、以及优越的柔性。所得的金属纳米线透明电极可以用于许多光电器件中，如触摸面板、显示电极(LCD和OLED)、光伏器件、以及电致变色窗。在某个实施方案中，本公开提供了一种合成超薄铜细长纳米结构的方法。所述方法包括形成包含硅烷基还原剂、铜金属盐以及表面配体的反应混合物，其中所述表面配体也可以是溶剂；以及在搅拌或不搅拌的情况下加热所述反应混合物并使其维持在高温1小时至48小时。在一个实施方案中，所述铜金属盐选自CuI、CuBr、CuCl、CuF、CuSCN、CuCl2、CuBr2、CuF2、CuOH2、D-葡萄糖酸铜、CuMoO4、Cu(NO3)2、Cu(ClO4)2、CuP2O7、CuSeO3、CuSO4、酒石酸铜、Cu(BF4)2、Cu(NH3)4SO4、以及包括前述物质的任何水合物在内。在另一个实施方案中，所述铜金属盐是CuCl2或CuCl2的水合物。在另一个实施方案中，所述硅烷基还原剂选自三乙基硅烷、三甲硅烷、三异丙基硅烷、三苯基硅烷、三正丙基硅烷、三正己基硅烷、三乙氧基硅烷、三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷、三(三甲基甲硅烷基)硅烷、二叔丁基甲基硅烷、二乙基甲基硅烷、二异丙基氯硅烷、二甲基氯硅烷、二甲基乙氧基硅烷、二苯基甲基硅烷、乙基二甲基硅烷、乙基二氯硅烷、甲基二氯硅烷、甲基二乙氧基硅烷、十八烷基二甲基硅烷、苯基二甲基硅烷、苯基甲基氯硅烷、1,1,4,4-四甲基-1,4-二硅杂丁烷、三氯硅烷、二甲基硅烷、二叔丁基硅烷、二氯硅烷、二乙基硅烷、二苯基硅烷、苯基甲基硅烷、正己基硅烷、正十八烷基硅烷、正辛基硅烷、以及苯基硅烷。在另一个实施方案中，所述硅烷基还原剂是三(三甲基甲硅烷基)硅烷或三苯基硅烷。在又一个实施方案中，所述表面配体选自油胺、三辛基氧化膦、油酸、1,2-十六烷二醇、三辛基膦、或前述物质的任何组合。在一个具体的实施方案中，所述表面配体是油胺。在另一个实施方案中，加热反应混合物并使其维持在约50℃至250℃温度下。在另一个实施方案中，加热反应混合物并使其维持在160℃至200℃下至少8小时。在另一个实施方案中，通过离心或过滤收集所述超薄铜纳米线。在又一个实施方案中，所述方法进一步包括：用非极性有机溶剂洗涤所收集的铜细长纳米结构并离心，重复多次。在一个具体的实施方案中，所述非极性有机溶剂包含己烷。本公开还提供了一种超薄铜细长纳米结构，所述纳米结构由上文所述的方法生产，特征在于具有小于65纳米的直径和大于1的长径比、以及具有面心立方结构。在一个实施方案中，所述纳米结构具有15纳米至25纳米的直径。在另一个实施方案中，所述纳米结构进一步包含具有表面氧化铜层，所述表面氧化铜层具有高达2nm的厚度。在再另一个实施方案中，所述铜纳米结构的长度为至少100nm。本公开进一步提供了一种包含本文所公开的铜纳米结构的透明电极导电材料或由本公开的铜纳米结构制成的膜。本公开还提供了一种光电器件，所述光电器件包含本文所述的透明电极导电材料。光电器件的实例包括但不限于LCD显示器、LED显示器、光伏器件、触摸面板、太阳能电池板、发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、OLED显示器、以及电致变色窗。本公开进一步提供了一种合成金属细长纳米结构的方法，所述方法包括：形成包含硅烷基还原剂、金属盐以及表面配体的反应混合物，其中所述表面配体也可以是溶剂；以及在搅拌或不搅拌的情况下使所述反应混合物维持在环境温度或高温下1小时至48小时，其中所述金属纳米线包含银、铝、锌、镍、或铂，并且其中所述金属纳米结构具有小于65nm的直径和大于1的长径比。在一个实施方案中，所述表面配体是油胺。在另一个实施方案中，通过离心和/或过滤收集所述金属纳米结构。在一个具体的实施方案中，本公开还提供了一种金属细长纳米结构，所述纳米结构是通过本文所述的方法中的任一种制成的。在某个实施方案中，本公开提供了一种透明电极，所述透明电极包含本文所述的金属细长纳米结构。在另一个实施方案中，本公开还提供了一种光电器件，所述光电器件包括本文所述的透明电极。光电器件的实例包括但不限于LCD显示器、LED显示器、光伏器件、触摸面板、太阳能电池板、发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、OLED显示器、以及电致变色窗。在某个实施方案中，本公开进一步提供了一种生产退火的金属纳米结构的导电膜的方法，所述方法包括：(A)在基板上形成技术方案13至16和22中任一个的纳米结构的网络；以及(B)使所述纳米结构的网络在150℃至260℃的温度下退火。在另一个实施方案中，在基板上通过以下步骤形成纳米线的网络：将纳米结构的分散体过滤到聚四氟乙烯多孔膜上以形成纳米结构的网络；以及通过对所述膜的背面施加压力并且迫使所述纳米结构的网络与基板之间进行紧密接触来将所述纳米结构的网络从所述膜转移到基板。在某个实施方案中，所述基板是玻璃。在另一个实施方案中，所述纳米结构的网络在包含氩气和氢气的气氛下退火。在一个具体的实施方案中，本公开提供了一种导电膜，所述导电膜是通过本文所公开的方法生产的。在某个实施方案中，本公开提供了一种透明电极，所述透明电极包括本文所述的导电膜。在另一个实施方案中，本公开还提供了一种光电器件，所述光电器件包括本文所述的透明电极。光电器件的实例包括但不限于LCD显示器、LED显示器、光伏器件、触摸面板、太阳能电池板、发光二极管(LED)、有机发光二极管(OLED)、OLED显示器、以及电致变色窗。附图说明图1A-E呈现了本公开的Cu纳米线的电子显微镜图像和X射线光谱图。(A)和(B)：Cu纳米线的扫描电子显微镜(SEM)图像。(C)生长的Cu纳米线的透射电子显微镜(TEM)图像。(D)Cu纳米线的能量色散X射线光谱(EDS)谱图。(E)Cu纳米线的X射线衍射(XRD)图。图2A-B呈现了在使用三苯基硅烷的情况下生长的Cu纳米线的电子显微镜图像。(A)合成的铜线(插图：三苯基硅烷)；以及(B)合成的铜纳米线的更高放大倍率图。图3A-F提供了由五个孪晶FCC亚单元组成的铜纳米线结构的示意图，其中侧表面之一(A-C)垂直于电子束以及(D-F)平行于电子束。(B)和(C)示出了对应于(A)中所述的情况的Cu纳米线的所选区(电子)衍射(SAE本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成超薄铜细长纳米结构的方法，所述方法包括：形成包含硅烷基还原剂、铜金属盐以及表面配体的反应混合物，其中所述表面配体也可以是溶剂；以及在搅拌或不搅拌的情况下加热所述反应混合物并使所述反应混合物维持在高温1小时至48小时。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.26 US 62/056,3381.一种合成超薄铜细长纳米结构的方法，所述方法包括：形成包含硅烷基还原剂、铜金属盐以及表面配体的反应混合物，其中所述表面配体也可以是溶剂；以及在搅拌或不搅拌的情况下加热所述反应混合物并使所述反应混合物维持在高温1小时至48小时。2.如权利要求1所述的方法，其中所述铜金属盐选自CuI、CuBr、CuCl、CuF、CuSCN、CuCl2、CuBr2、CuF2、CuOH2、D-葡萄糖酸铜、CuMoO4、Cu(NO3)2、Cu(ClO4)2、CuP2O7、CuSeO3、CuSO4、酒石酸铜、Cu(BF4)2、Cu(NH3)4SO4、以及包括前述物质的任何水合物。3.如权利要求2所述的方法，其中所述铜金属盐是CuCl2或CuCl2的水合物。4.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述硅烷基还原剂选自三乙基硅烷、三甲硅烷、三异丙基硅烷、三苯基硅烷、三正丙基硅烷、三正己基硅烷、三乙氧基硅烷、三(三甲基甲硅烷氧基)硅烷、三(三甲基甲硅烷基)硅烷、二叔丁基甲基硅烷、二乙基甲基硅烷、二异丙基氯硅烷、二甲基氯硅烷、二甲基乙氧基硅烷、二苯基甲基硅烷、乙基二甲基硅烷、乙基二氯硅烷、甲基二氯硅烷、甲基二乙氧基硅烷、十八烷基二甲基硅烷、苯基二甲基硅烷、苯基甲基氯硅烷、1,1,4,4-四甲基-1,4-二硅杂丁烷、三氯硅烷、二甲基硅烷、二叔丁基硅烷、二氯硅烷、二乙基硅烷、二苯基硅烷、苯基甲基硅烷、正己基硅烷、正十八烷基硅烷、正辛基硅烷、以及苯基硅烷。5.如权利要求4所述的方法，其中所述硅烷基还原剂是三(三甲基甲硅烷基)硅烷或三苯基硅烷。6.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述表面配体选自油胺、三辛基氧化膦、油酸、1,2-十六烷二醇、三辛基膦、或前述物质的任何组合。7.如权利要求6所述的方法，其中所述表面配体是油胺。8.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中加热所述反应混合物并使所述反应混合物维持在约50℃至250℃温度。9.如权利要求8所述的方法，其中加热所述反应混合物并使所述反应混合物维持在160℃至200℃温度至少8小时。10.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中通过离心或过滤收集所述超薄铜纳米线。11.如权利要求10所述的方法，其中所述方...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨培东，孙建伟，于奕，崔凡，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：美国,US