一种高功函数金属核壳纳米线及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于电子信息技术领域，具体为一种高功函数金属核壳纳米线及其制备方法和应用。本发明专利技术制备方法包括高功函数壳层材料包覆，壳层材料掺杂等；通过高功函数壳层材料来提高纳米线的功函数；通过水合肼还原反应，实现在纳米线表面均匀的壳层材料包覆；通过引入铜掺杂改善镍壳层表面氧化带来的导电性下降问题；通过PVP钝化和反应条件控制，保证壳层材料较高的结晶度和电性能。制备得到的银

【技术实现步骤摘要】
一种高功函数金属核壳纳米线及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于电子信息
，具体涉及高功函数金属核壳纳米线及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]透明柔性导电材料的制备及其在电子器件方面的应用是近年来柔性电子领域研究的热点，是开发柔性显示器、光伏及光电探测设备的关键材料，其中以银纳米线为代表的金属纳米线是最具应用潜力的透明柔性导电材料。电极材料与半导体材料之间的功函数失配会显著影响器件的光电性能，而银纳米线功函数中等，与半导体材料接触时，既不能形成良好的欧姆接触，也不能形成较强的肖特基结，不利于光电器件的性能提升。本专利技术提出一种高功函数金属核壳纳米线的制备，通过在银纳米线表面化学包覆高功函数的镍壳层，并通过铜掺杂改善镍壳层材料表面氧化造成的电性能下降问题，得到具有高功函数的金属核壳纳米线，并以此为基础制备透明柔性电极材料。相比于纯银纳米线，铜镍包覆之后的金属核壳纳米线在实现较稳定透明导电性的同时，其功函数明显提升，同时其耐热性能显著增强，在退火后电性能可进一步改善，能较好地适应目前金属纳米线基透明柔性电极的制备工艺，近而应用在柔性光电器件中。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于提供一种具有高功函数的金属核壳纳米线及其制备方法，并提供该纳米线作为透明柔性电极材料，用于柔性光电器件，以改善柔性光电器件性能。
[0004]本专利技术提供的高功函数金属核壳纳米线的制备方法，包括高功函数壳层材料包覆，壳层材料掺杂；具体步骤为：（1）将7.0~7.8g/L的低分子量PVP乙二醇溶液（M
W
：5W~6W）和7.0~7.8g/L的高分子量PVP乙二醇溶液（M
W
：110W~150W）按照2：（3~6）的体积比混合，得到溶液A；（2）将500~700μmol/L的氯化铁乙二醇溶液和溶液A以1：（8.6~9）的体积比混合，得到溶液B；（3）将50~70mg/L的硝酸银乙二醇溶液和溶液B以1：（8~8.4）的体积比混合，得到反应液C；（4）将反应液C置于密封容器中，并通入氮气清洗，挤出容器内的残余空气；（5）将反应液C在140~190℃下加热2~4小时，得到包含银纳米线的初产物溶液D；（6）取1单位体积的初产物溶液D，加入5~7单位体积的乙醇，搅拌或振荡至充分混合，之后在3000~6000转速下离心10
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20分钟，除去上层液；（7）重复步骤(6)中加入乙醇搅拌并离心除去上层液的步骤多次，至上层液无色透明，之后除去上层液，并加入2.3~2.5单位体积的乙二醇，充分搅拌后，得到溶液E；（8）将0.8~1.2mol/L的硝酸镍乙二醇溶液和0.8~1.2mol/L的硝酸铜乙二醇溶液以1：（0~0.2）的体积比混合，得到溶液F；
（9）将溶液E、1.8~2.2%质量分数的PVP乙二醇溶液、溶液F和50~70%水合肼以1：（0.2~0.22）：（0.02~0.04）：（0.012~0.015）的体积比混合，得到反应液G；（10）将反应液G在115~125℃下加热0.5~1小时，得到包含金属核壳纳米线的深灰色溶液H；（11）取1单位体积的溶液H，加入5~7单位体积的乙醇，搅拌或振荡至充分混合，之后在3000~6000转速下离心10
‑
20分钟，除去上层液；（12）重复步骤(11)中加入乙醇搅拌并离心除去上层液的步骤多次，至上层液透明无色，并除去上层液，得到目标产物金属核壳纳米线，具体是一种银
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镍铜核壳纳米线。
[0005]进一步，用乙醇或水分散上述金属核壳纳米线，并通过滴涂、喷涂、旋涂、卷对卷涂布等溶液法成膜工艺，制备透明柔性电极材料。
[0006]本专利技术中，通过高功函数壳层材料来提高金属纳米线的功函数。
[0007]本专利技术中，通过可控的水合肼还原反应，实现在金属纳米线表面均匀的壳层材料包覆。
[0008]本专利技术中，通过引入合适的铜掺杂改善镍壳层表面氧化带来的导电性下降问题。
[0009]本专利技术中，通过PVP钝化和反应条件控制，保证壳层材料较高的结晶度和电性能。
[0010]本专利技术中，使用溶液法滴涂、浸涂、喷涂和旋涂所述的金属核壳纳米线，并通过合适的退火处理获得透明柔性电极材料成品。
[0011]本专利技术所制备的金属核壳纳米线材料良好地继承了金属纳米线的透明导电性和壳层金属的高功函数，同时合适的铜掺杂浓度可以显著缓解壳层材料表面氧化造成的导电性下降问题，与现有银纳米线材料相比具有以下优势：（1）功函数显著提高，有助于解决光电器件和柔性电子器件构筑时的功函数失配问题；（2）耐热性能显著提升，并可耐受较高温度的退火处理以改善电学性能；（3）透明导电性接近银纳米线水平，并与涂布法等溶液成膜工艺相适应。因而能满足光电器件和柔性电子器件的性能需求。
[0012]实验表明，本专利技术所制备的金属核壳纳米线在基本保持银纳米线材料优良透明导电性的同时，其功函数和耐热性能显著提高，可有效缓解光电器件中电极
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半导体功函数失配问题，并且与金属纳米线现有的溶液法成膜工艺相适应。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有如下显著优势：（1）由本专利技术制备的金属核壳纳米线，具有较好的耐热性能，相比于银纳米线，能在200℃以上长期保持稳定的透明导电性；在柔性电热器件等方面有潜在应用价值；（2）用本专利技术所述的金属核壳纳米线制备的透明柔性电极材料，具有较高的电极功函数，可以与常见p型半导体形成良好的欧姆接触，也可以与大部分n型半导体材料形成较强的肖特基结，从而改善柔性光电器件的性能。
附图说明
[0014]图1为由UPS测得的电极功函数。其中，(a)为银纳米线，(b)为金属核壳纳米线。
[0015]图2为银纳米线和具有不同铜掺杂浓度的金属核壳纳米线材料的透过率方阻曲线。
[0016]图3为银纳米线和金属核壳纳米线材料的耐热性能。其中，（a）为不同温度下保温20分钟后样品的方阻变化，（b）为190摄氏度下样品的方阻随加热时间的变化情况。
[0017]图4为本专利技术制备基本流程图示。
具体实施方式
[0018]以下结合实例和附图对本专利技术的具体实施作进一步说明，但本专利技术的实施和保护不限于此。
[0019]实施例1（1）将7.41g/L的低分子量PVP乙二醇溶液（M
W
：5W）和7.41g/L的高分子量PVP乙二醇溶液（M
W
：130W）按照1：2的体积比混合，得到溶液A；（2）将600μmol/L的氯化铁乙二醇溶液和溶液A以1：8.8的体积比混合，得到溶液B；（3）将60mg/L的硝酸银乙二醇溶液和溶液B以1：8.17的体积比混合，得到反应液C；（4）将反应液C置于密封容器中，并通入氮气清洗，挤出容器内的残余空气；（5）将反应液C在140℃下加热3小时，得到包含银纳米线的初产物溶液D；（6）取5ml初产物溶液D，加入25ml的乙醇，搅拌或振荡至充分混合，之后在4000转速下离心15分钟，除去上层液；（7）本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高功函数金属核壳纳米线的制备方法，其特征在于，包括高功函数壳层材料包覆，壳层材料掺杂；具体步骤为：（1）将7.0~7.8g/L的低分子量PVP乙二醇溶液和7.0~7.8g/L的高分子量PVP乙二醇溶液按照2：（3~6）的体积比混合，得到混合溶液，记为A；这里，所述低分子量PVP，其M
W
为5W~6W，所述高分子量PVP，其M
W
为110W~150W；（2）将500~700μmol/L的氯化铁乙二醇溶液和溶液A以1：（8.6~9）的体积比混合，得到混合溶液，记为B；（3）将50~70mg/L的硝酸银乙二醇溶液和溶液B以1：（8~8.4）的体积比混合，得到反应溶液，记为C；（4）将反应液C置于密封容器中，并通入氮气清洗，挤出容器内的残余空气；（5）将反应液C在140~190℃下加热2~4小时，得到包含银纳米线的初产物溶液，记为D；（6）取1单位体积的初产物溶液D，加入5~7单位体积的乙醇，搅拌或振荡至充分混合，然后在3000~6000转速下离心10
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20分钟，除去上层液；（7）重复步骤(6)中加入乙醇搅拌并离心除去上层液的步骤多次，至上层液无色透明，之后除去上层液，并加入2.3~2.5单位体积的乙二醇，充分搅拌...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨巍，方晓生，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：