直径和长度分步调控的银纳米线制备方法技术

本发明专利技术公开了一种直径和长度分步调控的银纳米线制备方法，包括以下步骤：先分别制备封端剂/乙二醇胶液、前驱体A/乙二醇溶液、前驱体B/乙二醇溶液、离子助剂/乙二醇溶液，然后向密闭容器中先加入封端剂/乙二醇胶液，通干燥N

【技术实现步骤摘要】
直径和长度分步调控的银纳米线制备方法
本专利技术涉及一种直径和长度分步调控的银纳米线制备方法。
技术介绍
近年来，随着消费电子行业的蓬勃发展，触摸屏技术成为目前的一大研究热点。传统的触摸屏技术采用电导率优良、可见光透过率高的氧化铟锡(ITO)作为透明电极材料，但同时ITO玻璃也存在柔韧性较差、能耗较高、资源稀缺等问题，无法满足新一代触摸屏技术的要求。银纳米线薄膜由于其相对简单的合成工艺、高导电性、高透过率和耐挠曲性，被认为是最有希望取代ITO作为新一代的透明电极材料。然而，直径和长度可控且均一性好的高纯银纳米线的高产率制备一直以来是限制其推广应用的主要障碍。银纳米线的直径、长度和纯度都会直接影响银纳米线透明导电薄膜的导电性、透过率和耐挠曲性，直接影响导电薄膜的性能。另外，随着研究的深入，银纳米线本身也成为了一种炙手可热的新材料，其应用被拓展到光电(柔性触摸屏)以外的热电(薄膜加热器)、生物医药(消毒抗菌剂)、能源(导电添加剂)和精细化工(催化剂)等领域中。因此，通过对合成工艺的调控制备多种不同直径和长度的银纳米线以满足不同领域的应用和需求以及优化合成工艺大量、高产率低成本地制备银纳米线是推广银纳米线应用的关键。目前，制备高纯银纳米线的方法很多，主要有水热法、模板法、电化学沉积法、紫外线辐照法、多元醇还原法等。其中，多元醇法由于其产率高、时间短、成本低、反应条件可控等优点，是目前最受关注的制备方法。近些年已有大量的采用多元醇法制备银纳米线的文献和专利被报道，例如为：1、中国科学院深圳技术研究院孙蓉等人(专利申请号为201310055882.7)、香港科技大学杨诚等人(专利申请号为201210100984.1)以及江苏工业学院陶宇等人(专利申请号为200810019828.6)都采用了典型的多元醇法合成银纳米线，但是这3篇专利都是先将前驱体(银盐)、封端剂(PVP等)、离子助剂(氯盐、溴盐等)和还原性溶剂(乙二醇等)在低温下混合，共同升温到一定温度反应得到银纳米线，这种工艺下银盐也伴随溶剂经过长时间的升温，升温过程中不可避免地会出现银盐还原的银原子在不同温度下进行多次形核，得到多种不同尺寸和形貌的晶核，这些晶核在相同条件下生长得到长度和直径都各不相同的银纳米线，因此这种方法难以制备高质量的银纳米线，同时制备的产率较低。2、济南大学的杨萍等人(专利申请号201110311631.1)同样采用多元醇法制备银纳米线，相较上述3篇专利，杨萍等人选择首先将还原性溶剂(多羟基醇)加热到120～160℃再滴加银盐、离子助剂和封端剂的混合溶液，确保了银的形核和生长都在同一温度在进行，通过调节滴加速度、封端剂分子量和反应时间等参数实现了长度和直径可调的银纳米线的制备，但是这种方法形核和生长都在同一温度在进行，无法有效调控银纳米线的长径比，直径和长度的调控也非常依赖封端剂PVP分子量的选择。3、浙江大学王立等人(专利申请号200510060864.3)同样采用多元醇法制备银纳米线，首先将乙二醇溶液加热到140～200℃，接着滴加低浓度硝酸银溶液得到银晶种，再滴加高浓度硝酸银和PVP混合溶液用于银纳米线的生长，这种方法将让形核和生长分步进行，有利于提高银纳米线长径比的一致性，但该方法一方面没有引入离子助剂降低形核过程中银离子的浓度，不利于制备超细银纳米线，另一方面没有形核和生长两个过程的温度没有作区分和调节，高浓度硝酸银加入到同样的高温条件下会再次引发形核。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种直径和长度分步调控的银纳米线制备方法，采用本专利技术的方法可以高产率的制备获得不同直径、长度和长径比的高纯银纳米线。为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种直径和长度分步调控的银纳米线制备方法，包括以下步骤：1)、将封端剂溶于乙二醇，得到封端剂浓度为4.5～7.5g/L的封端剂/乙二醇胶液；2)、避光条件下，将前驱体A溶于乙二醇，得到前驱体A浓度为100～200mmol/L的前驱体A/乙二醇溶液；3)、避光条件下，将前驱体B溶于乙二醇，得到前驱体B浓度为50～100mmol/L的前驱体B/乙二醇溶液；4)、将离子助剂溶于乙二醇，得到离子助剂浓度为50～100mmol/L的离子助剂/乙二醇溶液；说明：上述步骤1)～4)所得为透明均一的液体；5)、向密闭容器中先加入200mL封端剂/乙二醇胶液并加热至140～170℃，于200～300rpm的搅拌条件下，先保温(140～170℃)0.2～1h后，然后持续保温于140～170℃通干燥N2；持续保温于140～170℃再加入离子助剂/乙二醇溶液0.1～2mL，200～300rpm搅拌5～10min；接着持续保温于140～170℃在100～300rpm的搅拌速度下加入前驱体A/乙二醇溶液25mL(可用恒压滴液漏斗取前驱体A/乙二醇溶液25mL滴入密闭容器中)，加料完毕后停止搅拌保温3～10min后，将温度下调至130±5℃；然后于300～500rpm的搅拌速度下加入前驱体B/乙二醇溶液50～200mL(可用恒压滴液漏斗取前驱体B/乙二醇溶液50～200mL滴入密闭容器中)，加料完毕后停止搅拌于130±5℃反应0.5～3.5h；6)、反应结束后冷水淬冷，得到银纳米线乳液(稳定的银纳米线乳液)。作为本专利技术的直径和长度分步调控的银纳米线制备方法的改进：所述封端剂为分子量55000～1300000的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)中的至少一种(即，为一种或多种)；所述前驱体A为硝酸银、醋酸银、三氟乙酸银或高氯酸银；前驱体B同前驱体A；即，前驱体A、前驱体B必须选用同一种成分。所述离子助剂为溴化钠、溴化钾、溴化铁、溴化铜、硝酸铜和硝酸铁中的至少一种(即，为一种或多种)，因此，离子助剂浓度是指每种离子助剂各自的浓度。作为本专利技术的直径和长度分步调控的银纳米线制备方法的进一步改进：所述步骤5)中，通干燥N28～12min(流量≥200mL/min)。作为本专利技术的直径和长度分步调控的银纳米线制备方法的进一步改进：所述前驱体A/乙二醇胶液的加入方式为滴加，滴加用时为1～4min，所述前驱体B/乙二醇胶液的加入方式为滴加，滴加用时为5～10min。作为本专利技术的直径和长度分步调控的银纳米线制备方法的进一步改进：所述步骤1)中，溶解温度为50±5℃，搅拌速度为200～300rpm；所述步骤2)和步骤3)：避光，溶解温度为0～10℃，搅拌速度为200～300rpm；所述步骤4)：室温溶解，搅拌速度为200～300rpm。本专利技术还提供了根据上述制备方法制成的银纳米线乳液。本专利技术虽然同样采用了多元醇法，但相较于现有的多元醇法，本专利技术的优势在于利用分温度、分速、分浓度加入硝酸银等前驱体控制形核生长的方法使得合成的银纳米线的长度、直径和长径比更加均一、可控，从而在合成阶段就获得高产率的均一银纳米线乳液，可以大大减小后续银本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.直径和长度分步调控的银纳米线制备方法，其特征是包括以下步骤：/n1)、将封端剂溶于乙二醇，得到封端剂浓度为4.5～7.5g/L的封端剂/乙二醇胶液；/n2)、避光条件下，将前驱体A溶于乙二醇，得到前驱体A浓度为100～200mmol/L的前驱体A/乙二醇溶液；/n3)、避光条件下，将前驱体B溶于乙二醇，得到前驱体B浓度为50～100mmol/L的前驱体B/乙二醇溶液；/n4)、将离子助剂溶于乙二醇，得到离子助剂浓度为50～100mmol/L的离子助剂/乙二醇溶液；/n5)、向密闭容器中先加入200mL封端剂/乙二醇胶液并加热至140～170℃，于200～300rpm的搅拌条件下，先保温0.2～1h后，然后持续保温于140～170℃通干燥N

【技术特征摘要】
1.直径和长度分步调控的银纳米线制备方法，其特征是包括以下步骤：
1)、将封端剂溶于乙二醇，得到封端剂浓度为4.5～7.5g/L的封端剂/乙二醇胶液；
2)、避光条件下，将前驱体A溶于乙二醇，得到前驱体A浓度为100～200mmol/L的前驱体A/乙二醇溶液；
3)、避光条件下，将前驱体B溶于乙二醇，得到前驱体B浓度为50～100mmol/L的前驱体B/乙二醇溶液；
4)、将离子助剂溶于乙二醇，得到离子助剂浓度为50～100mmol/L的离子助剂/乙二醇溶液；
5)、向密闭容器中先加入200mL封端剂/乙二醇胶液并加热至140～170℃，于200～300rpm的搅拌条件下，先保温0.2～1h后，然后持续保温于140～170℃通干燥N2；
持续保温于140～170℃再加入离子助剂/乙二醇溶液0.1～2mL，200～300rpm搅拌5～10min；
接着持续保温于140～170℃在100～300rpm的搅拌速度下加入前驱体A/乙二醇溶液25mL，加料完毕后停止搅拌保温反应3～10min后，将温度下调至130±5℃；
然后于300～500rpm的搅拌速度下加入前驱体B/乙二醇溶液50～200mL，加料完毕后停止搅拌于130±5℃反应0.5～3.5h；
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【专利技术属性】
技术研发人员：郭兴忠，单加琪，白盛池，杨辉，
申请(专利权)人：浙江大学杭州国际科创中心，
类型：发明
国别省市：浙江;33