一種合金包裹銅納米線制備多功能核殼納米材料的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及核殼納米材料，尤其是涉及一種合金包裹銅納米線制備多功能核殼納米材料的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]光電子器件技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天，透明電極在平板電視、電子閱讀器、智能手機、觸摸屏、有機發(fā)光二級管、太陽能電池等光電子器件有著廣泛的應(yīng)用。所謂透明電極，就是一層既能傳導(dǎo)電流又不阻礙光通過的薄膜。傳統(tǒng)的透明電極材料一般是ITO及AZO等，隨著光電子的快速發(fā)展，對于透明電極的需求也與日俱增，傳統(tǒng)電極因其制作工藝復(fù)雜、資源短缺及價格昂貴等帶來的矛盾日漸突出。另外，由于柔性襯底材料的迅速發(fā)展，尋找新型透明電極材料的要求顯得更為迫切。近幾年來，以PEDOT為代表的導(dǎo)電聚合物、碳納米管、石墨稀以及金屬納米線獲得了廣泛的關(guān)注與研宄(A.R.Rathmell et al.，Adv.Mater.2011，23，4798)。其中，Cu納米線透明電極具備了可大規(guī)模定量制備、工藝簡單、成本低廉等優(yōu)勢，同時與ITO還有著相當(dāng)?shù)墓怆娞匦?，因此其在眾多新型透明電極材料中脫穎而出，被公認(rèn)為新一代的透明電極材料。
[0003]在Cu納米線的研宄中，人們發(fā)現(xiàn)其有很好的機械穩(wěn)定性，彎折1000次以上仍保持性能不變(s.R.Ye et al.，Adv.Mater.2014，26，6670)，唯一要解決的就是如何增加Cu納米線的穩(wěn)定性，特別是抗氧化能力。因此Wiley研宄小組嘗試用不同方法在Cu納米線表面分別包裹了 N1、Zn、Sn 等金屬(Z.F.Chen et al.，Acs.Nan0.2014，8，9673)，以此提高了 Cu納米線的抗氧化能力。然而，由于其包裹實驗過于繁瑣，包裹不同金屬需用到不同的實驗方法，且他們在裹Sn，Zn實驗中用到的電鍍法，成本昂貴，工藝復(fù)雜，難于大規(guī)模運用。
[0004]基于上述考慮，如何將N1、Zn、Sn、Ti等這類高電導(dǎo)率強抗氧化性的金屬包裹在Cu納米線上成了亟待解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的旨在提供不僅可以提高Cu納米線電極的抗氧化性，而且具有不同功函數(shù)的透明金屬電極，提高銅基納米線透明電極應(yīng)用上廣泛性和靈活性的一種合金包裹銅納米線制備多功能核殼納米材料的方法。
[0006]本發(fā)明包括以下步驟:
[0007]I)將Cu納米線與金屬有機鹽混溶于十八烯胺溶液中并裝入反應(yīng)容器內(nèi)；
[0008]2)將反應(yīng)容器置于恒溫加熱磁力攪拌器中，在設(shè)定溫度下進(jìn)行攪拌加熱，整個反應(yīng)在兩個溫度區(qū)間內(nèi)分階段進(jìn)行，第一階段，在大氣氛圍下，將反應(yīng)容器內(nèi)溶液溫度由室溫加熱至80?120°C后，磁力攪拌器進(jìn)入恒溫加熱模式，溶液溫度保持不變，同時，通入N2，使反應(yīng)溶液在隊氛圍下恒溫加熱10?20min ;第二階段，當(dāng)金屬有機鹽為乙酰丙酮鎳或乙酰丙酮鋅(即在Cu納米線上包裹鎳或鋅)時，反應(yīng)溫度為180?210°C，此時恒溫加熱磁力攪拌器溫度設(shè)定為180?210°C ;當(dāng)金屬有機鹽為乙酰丙酮釩或乙酰丙酮鈦(即在Cu納米線上包裹釩或鈦)時，反應(yīng)溫度為140?170°C，此時恒溫加熱磁力攪拌器溫度設(shè)定為140?170°C，當(dāng)反應(yīng)溶液的溫度由80?120°C達(dá)到設(shè)定溫度后，反應(yīng)再次進(jìn)入恒溫加熱模式，30?60min后，反應(yīng)結(jié)束；
[0009]3)反應(yīng)結(jié)束后，關(guān)閉恒溫加熱磁力攪拌器，待反應(yīng)溶液自然冷卻，加入正己烷溶液，再將反應(yīng)容器置于超聲儀中進(jìn)行超聲后，將溶液轉(zhuǎn)移至離心管中離心，納米線固體沉積在離心管底部，將離心管中的上層溶液倒掉即可獲得完成包裹后的Cu納米線。
[0010]在步驟I)中，所述金屬有機鹽可選自乙酰丙酮鎳、乙酰丙酮鋅、乙酰丙酮釩、乙酰丙酮氧鈦等中的一種；所述Cu納米線與金屬有機鹽的摩爾比可為(4?20): 1
[0011]在步驟3)中，所述正己烷溶液的加入量可為反應(yīng)容器容量的1/3 ;所述超聲的時間可為3?5min。
[0012]本發(fā)明利用離心技術(shù)和液相合成法，將不同金屬可選擇地、靈活地包裹在Cu納米線表面，形成同軸型的包裹結(jié)構(gòu)。利用殼層金屬穩(wěn)定不易氧化的特性，提高Cu納米的穩(wěn)定性；利用殼層金屬功函數(shù)不同的特點，實現(xiàn)透明電極功函數(shù)可調(diào)，提高了 Cu納米線的電學(xué)特性。
[0013]本發(fā)明實現(xiàn)了用同一種方法在Cu納米線上包裹上了不同金屬，操作簡單、重復(fù)性好、可定量制備，易于大規(guī)模生產(chǎn)運用。包裹后的Cu納米線不僅保持了良好的光電特性又具備了抗氧化的特性，加之所包裹的金屬有著不同的功函數(shù)，因此能實現(xiàn)在各類光電器件上的廣泛應(yīng)用。
[0014]本發(fā)明的關(guān)鍵是:1)本發(fā)明采用特定的反應(yīng)物進(jìn)行液相化學(xué)合成，首先是反應(yīng)溶劑采用十八烯胺。十八烯胺起溶劑、分散劑、還原劑、表面活性劑等作用。其次，選擇了性質(zhì)類似，不同金屬的乙酰丙酮鹽作為金屬殼層的前驅(qū)物，獲得金屬殼層源。2)本發(fā)明的另一關(guān)鍵是設(shè)置溫度梯度，分階段進(jìn)行反應(yīng)，這主要是利用反應(yīng)物的化學(xué)性質(zhì)來設(shè)計的。抓住了以上兩個關(guān)鍵點后，設(shè)計技術(shù)路線，并取得了預(yù)期效果，完成了金屬包裹，制備出一維核殼納米結(jié)構(gòu)。
【附圖說明】
[0015]圖1為金屬包裹Cu納米線的原理示意圖。
[0016]圖2為制備的銅納米線的SEM圖。
[0017]圖3為合成的N1Cu核殼結(jié)構(gòu)納米線的TEM圖。
[0018]圖4為N1Cu核殼結(jié)構(gòu)納米線中Cu的TEM元素mapping圖。
[0019]圖5為N1Cu核殼結(jié)構(gòu)納米線中Ni的TEM元素mapping圖。
[0020]圖6為合成的ZnOCu核殼結(jié)構(gòu)納米線的SEM圖。
[0021]圖7為ZnOCu核殼結(jié)構(gòu)納米線中Cu的TEM元素mapping圖。
[0022]圖8為ZnOCu核殼結(jié)構(gòu)納米線中Zn的TEM元素mapping圖。
【具體實施方式】
[0023]以在Cu納米線表面包裹鎳殼層為例。
[0024]1、首先，反應(yīng)前的準(zhǔn)備工作以及對Cu納米線和乙酰丙酮鎳進(jìn)行化學(xué)配比。
[0025]I)確定出Cu納米線的摩爾質(zhì)量，將事先制備好分散在正己烷溶液的適量Cu納米線裝入50ml容量的離心管中，將離心管放入離心中進(jìn)行離心處理，離心機參數(shù)為:轉(zhuǎn)速9000r/min，離心時間 5min。
[0026]2)離心處理后將離心管上層的正己烷溶液倒掉，保留沉積在離心管底部的Cu納米線固體。為了減小誤差，一般將離心管放置一小段時間，使殘留的正己烷揮發(fā)得更加完全，從而獲得更為純凈的Cu納米線。
[0027]3)用分析天平稱量底部沉有Cu納米線的離心管的質(zhì)量，用該質(zhì)量減去離心管的質(zhì)量就是將要參與反應(yīng)Cu納米線的質(zhì)量(注:一般在裝入Cu納米線和正己烷溶液前用分析天平稱得空離心管的質(zhì)量)，通過換算即可獲得Cu納米線的摩爾質(zhì)量。
[0028]4)用移液管量取8?15ml十八烯胺溶液于步驟3)中的離心管中，將離心管放入超聲儀中，超聲I?2min，使得Cu納米線分散在十八烯胺溶液。隨后將分散有Cu納米線的十八烯胺溶液轉(zhuǎn)移至25ml的反應(yīng)容器中(反應(yīng)容器)。
[00