納米線和納米線復(fù)合物的制造方法
【專利摘要】公開(kāi)了一種納米線和納米線復(fù)合物的制造方法。納米線的制造方法包括：通過(guò)使得第一離子在溶劑中與第二離子反應(yīng)來(lái)形成多個(gè)晶種粒子；以及通過(guò)在所述溶劑中添加金屬化合物并加熱來(lái)形成金屬納米線。
【專利說(shuō)明】納米線和納米線復(fù)合物的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)施例涉及一種納米線和納米線復(fù)合物的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]包含透明材料的透明電極已經(jīng)應(yīng)用于多種電子產(chǎn)品，例如，顯示器、太陽(yáng)能電池和移動(dòng)設(shè)備。人們正在積極地試驗(yàn)和研究將具有納米尺度的線型結(jié)構(gòu)的納米線作為透明電極的透明導(dǎo)電材料。
[0003]由于納米線具有出色的導(dǎo)電性、柔性和透光率，所以透明電極可以表現(xiàn)出出色的特性。然而，納米線在反應(yīng)過(guò)程中很容易聚集，形成納米顆粒。因此，不容易制造納米線。因而納米線的產(chǎn)率被顯著地降低，低至約10%，使得納米線難以實(shí)際使用。另外，例如用于使形成納米線的反應(yīng)加速的催化劑的物質(zhì)留在納米線的表面上，使得納米線會(huì)發(fā)生表面氧化或表面腐蝕，或者電導(dǎo)率會(huì)下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]技術(shù)問(wèn)題
[0005]實(shí)施例提供了 一種又長(zhǎng)又薄的線。
[0006]技術(shù)方案
[0007]根據(jù)實(shí)施例的納米線的制造方法包括:通過(guò)使得第一離子在溶劑中與第二離子反應(yīng)來(lái)形成多個(gè)晶種粒子；以及通過(guò)在所述溶劑中添加金屬化合物并加熱來(lái)形成金屬納米線。
[0008]根據(jù)實(shí)施例，所述第一離子可以是金屬離子，并且所述第二離子可以是鹵素離子。
[0009]根據(jù)實(shí)施例，所述晶種粒子可以包含與構(gòu)成所述金屬化合物的金屬等同的金屬。
[0010]根據(jù)實(shí)施例，所述晶種粒子和金屬化合物可以包含銀。
[0011]根據(jù)實(shí)施例，所述晶種粒子可以包含氯化銀。
[0012]根據(jù)實(shí)施例，納米線復(fù)合物包含金屬納米線，以及與所述金屬納米線結(jié)合在一起的晶種粒子。所述晶種粒子的直徑在5nm至IOOnm的范圍內(nèi)。
[0013]根據(jù)實(shí)施例，所述晶種粒子設(shè)置在所述金屬納米線中或所述金屬納米線的一端。
[0014]有益效果
[0015]如上所述，根據(jù)實(shí)施例的納米線的制造方法，在從溶劑形成晶種粒子之后，通過(guò)使用晶種粒子來(lái)形成金屬納米線。在這種情況下，根據(jù)實(shí)施例的納米線的制造方法，可以恰當(dāng)?shù)卣{(diào)整晶種粒子的直徑。例如，晶種粒子可以具有非常小的直徑，約5nm至約lOOnm。
[0016]在這種情況下，可以從晶種粒子生長(zhǎng)出金屬納米線。由于晶種粒子具有非常小的直徑，所以金屬納米線也可以具有非常小的直徑。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是示出了根據(jù)實(shí)施例的納米線的制造方法的框圖；[0018]圖2是示出了根據(jù)實(shí)施例的納米線復(fù)合物的視圖；并且
[0019]圖3是示出了納米線復(fù)合物的另一個(gè)實(shí)例的視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]實(shí)施例的納米線的制造方法包括以下步驟:通過(guò)使得第一離子與第二離子在溶劑中反應(yīng)來(lái)形成多個(gè)晶種粒子；以及在溶劑中添加金屬化合物并對(duì)添加了金屬化合物的溶劑加熱來(lái)形成金屬納米線。
[0021]此外，第一離子可以包含金屬離子，第二離子可以包含鹵素離子。
[0022]此外，晶種粒子和金屬化合物可以包括同種金屬。
[0023]另外，晶種粒子和金屬化合物可以包括銀(Ag)。
[0024]此外，晶種粒子可以包括氯化銀(AgCl)。
[0025]除此之外，各晶種粒子可以具有約5nm至約IOOnm的直徑。
[0026]以下將參照附圖詳細(xì)描述本發(fā)明。
[0027]圖1是示出了根據(jù)實(shí)施例的納米線的制造方法的流程圖。
[0028]參看圖1，根據(jù)本發(fā)明的納米線的制造方法可以包括以下步驟:加熱溶劑(步驟ST10);在溶劑中添加封端劑(步驟ST20);在溶劑中形成多個(gè)晶種粒子(步驟ST30);在溶劑中添加第四金屬化合物(步驟ST40);在溶劑中添加室溫溶劑(步驟ST50);以及精制納米線(步驟ST60)。這些步驟不是必要步驟，根據(jù)制造方法可以不執(zhí)行部分步驟，并且可以改變步驟的順序。以下將更加詳細(xì)地描述各步驟。
[0029]根據(jù)加熱溶劑的步驟(步驟ST10)，溶劑被加熱到適于形成金屬納米線的反應(yīng)溫度。
[0030]溶劑可以包含多元醇。多元醇在充當(dāng)與不同材料混合的溶劑時(shí)起到溫和還原劑的作用，使得多元醇有助于形成金屬納米線。例如，多元醇可以包含乙二醇(EG)、丙二醇(PG)、丙三醇、甘油或葡萄糖。通過(guò)考慮溶劑和金屬化合物的類(lèi)型和特性，可以以各種方式調(diào)T1反應(yīng)溫度。
[0031]例如，如果銀納米線是通過(guò)使用具有出色的還原能力的丙二醇(PG)作為溶劑來(lái)形成的，則反應(yīng)溫度可以在約80°C至140°C的范圍內(nèi)。如果反應(yīng)溫度小于80°C，則反應(yīng)速度減小，使得無(wú)法平穩(wěn)地發(fā)生反應(yīng)，并且會(huì)增加制造時(shí)間。如果反應(yīng)溫度超過(guò)140°C，則由于聚集效應(yīng)而無(wú)法形成銀納米線，并且產(chǎn)品產(chǎn)率會(huì)下降。
[0032]如上所述，根據(jù)本實(shí)施例，通過(guò)使用表現(xiàn)出出色的還原能力的丙二醇(PG)，可以在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的反應(yīng)溫度(例如，160°C)以下的反應(yīng)溫度制造銀納米線。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，由于反應(yīng)溫度很高，會(huì)形成長(zhǎng)度很短(例如，小于5 ym)的銀納米線，當(dāng)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)時(shí)這是不利的，并且銀納米線的產(chǎn)品產(chǎn)率會(huì)下降。相比之下，根據(jù)本實(shí)施例，通過(guò)降低反應(yīng)溫度，能夠以很高的產(chǎn)品產(chǎn)率來(lái)制造長(zhǎng)度為20 ii m或20 ii m以上的銀納米線。
[0033]此后，根據(jù)在溶劑中添加封端劑的步驟(步驟ST20)，將誘導(dǎo)形成線的封端劑添加到溶劑中。如果形成納米線的還原快速進(jìn)行，則金屬聚集，使得難以形成納米線。因此，封端劑通過(guò)適當(dāng)?shù)胤稚⑷軇┲邪奈镔|(zhì)來(lái)防止金屬聚集。
[0034]封端劑可以包括多種材料。例如，封端劑可以包括選自由以下各項(xiàng)組成的組的材料:聚乙烯基吡咯烷酮(PVP )、聚乙烯醇(PVA)、十六烷基三甲基溴化銨(CTAB )、十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)以及聚丙烯酰胺(PAA)。
[0035]然后，根據(jù)在溶劑中形成晶種粒子的步驟(步驟ST30)，在溶劑中添加第一和第二金屬化合物。因此，第一金屬化合物中包含的第一離子可以與第二金屬化合物中包含的第二離子發(fā)生反應(yīng)，從而形成晶種粒子。在這種情況下，第一離子可以與第二離子發(fā)生反應(yīng)以形成第三金屬化合物，并且晶種粒子可以包含第三金屬化合物。
[0036]第一離子可以包含金屬離子。更具體地講，第一離子可以包含金離子、銀離子、鉬離子或鈀離子。
[0037]第二離子可以包含鹵素離子。更具體地講，第二離子可以包含氯離子、溴離子或碘離子。
[0038]換句話講，晶種粒子中包含的第三金屬化合物可以表示為如下化學(xué)式I。
[0039]化學(xué)式I
[0040]MX
[0041]在這種情況下，X表示Cl、Br或I,并且M表示Au、Ag、Pt或Pd。
[0042]第三金屬化合物在溶劑中可以具有非常低的溶解度。因此，第三金屬化合物從溶劑中析出并構(gòu)成晶種粒子。
[0043]晶種粒子可以具有非常小的直徑。晶種粒子的直徑可以在約Inm至約I Pm的范圍內(nèi)。更具體地講，晶種粒子的直徑可以在約5nm至約IOOnm的范圍內(nèi)。上述晶種粒子可以均勻地分散在溶劑中。
[0044]第二金屬化合物與第一金屬化合物的摩爾比可以是約1:1。此外，可以將含量為約
0.0001wt%至約0.3wt%的第一金屬化合物添加到溶劑中。另外，可以將含量為約0.0001wt%至約0.3wt%的第二金屬化合物添加到溶劑中。
[0045]第一金屬化合物可以包括含第一離子的鹽。此外，第一金屬化合物可以包含硝酸鹽。更具體地講，第一金屬化合物可以包含硝酸銀。
[0046]第二金屬化合物可以包括含第二離子的鹽。此外，第二金屬化合物可以包含鈉鹽。更具體地講，第二金屬化合物可以包含氯化鈉。
[0047]此后，在溶劑中添加第四金屬化合物的步驟(步驟ST40)中，通過(guò)將第四金屬化合物添加到溶劑中來(lái)制備反應(yīng)溶液。
[0048]在這種情況下，在額外的溶劑中溶解的第四金屬化合物可以被添加到原來(lái)溶劑中，原來(lái)的溶劑中添加有封端劑并且提供有晶種粒子。額外的溶劑可以包含與構(gòu)成初始溶劑的物質(zhì)相同的物質(zhì)，或者與構(gòu)成初始溶劑的物質(zhì)不同的物質(zhì)。此外，可以在形成了晶種粒子后的預(yù)定時(shí)間過(guò)后添加第四金屬化合物。因此，溫度可以被穩(wěn)定到適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)溫度。
[0049]在這種情況下，第四金屬化合物可以包含用于形成要制造的金屬納米線的金屬。為了形成銀納米線，金屬化合物可以包含AgNO3、或KAg (CN) 2。
[0050]如上所述，如果在包含封端劑和晶種粒子的溶劑中添加第四金屬化合物，則發(fā)生反應(yīng)，使得開(kāi)始制造金屬納米線。在這種情況下，可以從晶種粒子生長(zhǎng)出金屬納米線。換句話講，通過(guò)還原第四金屬化合物而析出的金屬?gòu)母骶ХN粒子生長(zhǎng)出來(lái)以形成金屬納米線。
[0051]在這種情況下，由于晶種粒子具有非常小的直徑，所以生長(zhǎng)的金屬納米線也具有很小的直徑。
[0052]在金屬納米線已經(jīng)完全生長(zhǎng)之后，可以通過(guò)例如精制等以下過(guò)程來(lái)去除晶種粒子。換句話講，在以下過(guò)程中，可以從金屬納米線分離并去除晶種粒子。
[0053]然而，會(huì)留下一部分晶種粒子。因此，可以從根據(jù)實(shí)施例的金屬納米線中檢測(cè)到一部分第三金屬化合物。
[0054]換句話講，晶種粒子可以與金屬納米線結(jié)合在一起，從而形成納米線復(fù)合物。
[0055]圖2是示出了根據(jù)實(shí)施例的納米線復(fù)合物的視圖。圖3是示出了另一個(gè)納米線復(fù)合物的視圖。
[0056]如圖2和圖3所示，一部分金屬納米線可以具有納米線復(fù)合物10或11的形式。晶種粒子100與金屬納米線200結(jié)合在一起。表示金屬納米線復(fù)合物10或11的形式的金屬納米線的比率可以是約0.1%至約0.001%。
[0057]具體地講，如圖2所示，晶種粒子100可以設(shè)置在金屬納米線200的一端。此外，如圖3所示，晶種粒子110可以設(shè)置在金屬納米線200中。
[0058]在這種情況下，如上所述，晶種粒子100和110的直徑可以在約Inm至約I ii m的范圍內(nèi)，更具體地講，可以在約5nm至約IOOnm的范圍內(nèi)。更具體地講，晶種粒子110和110的直徑可以在約IOnm至約50nm的范圍內(nèi)。如上所述，當(dāng)檢測(cè)到直徑非常小的晶種粒子100和110時(shí)，則通過(guò)根據(jù)實(shí)施例的制造方法形成了很小直徑的金屬納米線。
[0059]根據(jù)本實(shí)施例，基于100重量份的金屬化合物，例如AgNO3或KAg (CN)2，可以添加60重量份至330重量份的封端劑。如果添加小于60重量份的封端劑，可以充分阻止聚集現(xiàn)象。如果添加超過(guò)330重量份的封端劑，就會(huì)形成球形或立方體形的金屬納米顆粒，并且封端劑會(huì)留在所制造的金屬納米線中，使得金屬納米線的電導(dǎo)率會(huì)下降。
[0060]此外，基于100重量份的第四金屬化合物，第一和第二金屬化合物的含量在
0.00001重量份至0.5重量份的范圍內(nèi)。如果添加小于0.00001重量份的第一和第二金屬化合物，則無(wú)法使反應(yīng)充分加速。此外，如果添加超過(guò)0.5重量份的第一和第二金屬化合物，則銀被快速還原，從而產(chǎn)生銀納米顆粒，或者納米線的直徑很大且長(zhǎng)度很短。此外，催化劑殘留在金屬納米線中，使得電導(dǎo)率下降。
[0061]此外，根據(jù)在溶劑中添加室溫溶劑的步驟(步驟ST50)，在開(kāi)始反應(yīng)的溶劑中添加室溫溶劑。室溫溶劑可以包含與初始階段中使用的物質(zhì)完全相同或不同的物質(zhì)。例如，室溫溶劑可以包含多元醇，例如，乙二醇和丙二醇。
[0062]由于反應(yīng)開(kāi)始的溶劑被連續(xù)加熱以便維持恒定的反應(yīng)溫度，所以在反應(yīng)過(guò)程中溫度會(huì)上升。如上所述，通過(guò)在反應(yīng)開(kāi)始的溶劑中添加室溫溶劑來(lái)臨時(shí)降低溶劑的溫度，可以更加恒定地維持反應(yīng)溫度。
[0063]通過(guò)考慮反應(yīng)時(shí)間和反應(yīng)溶液的溫度，添加室溫溶劑的步驟(步驟ST50)可以進(jìn)行
一次或若干次。
[0064]此外,在精制納米線的步驟(步驟ST60)中,在反應(yīng)溶液中精制并收集金屬納米線。
[0065]更具體地講，如果將充當(dāng)非極性溶劑的丙酮代替水添加到反應(yīng)溶液中，則由于殘留在金屬納米線表面上的封端劑，金屬納米線沉積在溶液的下部。這是因?yàn)榉舛藙](méi)有溶解在丙酮中，而是聚集并沉積，雖然封端劑充分溶解在溶劑中。此后，當(dāng)棄置溶液的上部時(shí)，就棄置了一部分封端劑和納米顆粒。
[0066]如果在剩下的溶液中添加蒸餾水，就分散了金屬納米線和金屬納米顆粒。此外，如果添加更多的丙酮，則金屬納米線沉積，并且金屬納米顆粒分散在溶液的上部。此后，如果棄置溶液的上部，就棄置了一部分封端劑和聚集的金屬納米顆粒。在通過(guò)重復(fù)進(jìn)行上述過(guò)程來(lái)收集金屬納米線之后，金屬納米線就保存在蒸餾水中。通過(guò)將金屬納米線保存在蒸餾水中可以防止金屬納米線再次聚集。
[0067]如上所述，根據(jù)實(shí)施例的金屬納米線的制造方法，通過(guò)使用直徑非常小的晶種粒子來(lái)生長(zhǎng)金屬納米線。因此，可以形成具有小直徑的金屬納米線。
[0068]實(shí)駘實(shí)例
[0069]200ml的丙二醇被加熱到126°C的溫度，并且添加6.7g聚乙烯基吡咯烷酮和0.1g溴化鉀并使其溶化。此后,添加0.35mmol鈉鹽和0.35mmol AgNO3以形成晶種粒子。在經(jīng)過(guò)約10分鐘之后，2.3g AgNO3溶化在100ml丙二醇中，并被添加到包含聚乙烯基吡咯烷酮和晶種粒子的溶液中。然后，反應(yīng)持續(xù)約2小時(shí)，從而完成銀納米線的制造。
[0070]在使用500ml丙酮來(lái)稀釋經(jīng)過(guò)反應(yīng)的溶液之后，將600ml丙酮添加到稀釋的溶液中。然后，棄置具有丙二醇且銀納米顆粒分散在其中的溶液上部。在上述過(guò)程反復(fù)進(jìn)行3次之后，反應(yīng)產(chǎn)物保存在IOml的蒸餾水中。
[0071]比較例
[0072]與實(shí)驗(yàn)實(shí)例不同的是，將平均粒徑為約2.5 的氯化銀顆粒添加到溶劑中，而不是通過(guò)鈉鹽與硝酸銀之間 的反應(yīng)來(lái)形成晶種粒子。剩下的步驟按照與實(shí)驗(yàn)實(shí)例相同的方式進(jìn)行。
[0073]益果
[0074]如表1所示，在實(shí)驗(yàn)實(shí)例中形成了更薄且更長(zhǎng)的銀納米線。
[0075]表1
[0076][表 I]
[0077]
【權(quán)利要求】
1.一種納米線的制造方法，所述方法包括: 通過(guò)使得第一離子在溶劑中與第二離子反應(yīng)來(lái)形成多個(gè)晶種粒子；以及 通過(guò)在所述溶劑中添加金屬化合物并加熱來(lái)形成金屬納米線。
2.如權(quán)利要求1所述的方法,其中,所述晶種粒子的直徑在5nm至IOOnm的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述第一離子是金屬離子，并且所述第二離子是鹵素離子。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述晶種粒子包含與構(gòu)成所述金屬化合物的金屬等同的金屬。
5.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述晶種粒子和所述金屬化合物包含銀。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述晶種粒子包含氯化銀。
7.—種納米線復(fù)合物，包括: 金屬納米線；以及 與所述金屬納米線結(jié)合在一起的晶種粒子， 其中，所述晶種粒子的直徑在5nm至IOOnm的范圍內(nèi)。
8.如權(quán)利要求7所述的納米線復(fù)合物，其中，所述晶種粒子被提供在所述金屬納米線中。
9.如權(quán)利要求7所述的納米線復(fù)合物，其中，所述晶種粒子被提供在所述金屬納米線的一端。
10.如權(quán)利要求7所述的納米線復(fù)合物，其中，所述晶種粒子包含氯化物。
11.如權(quán)利要求10所述的納米線復(fù)合物，其中，所述金屬納米線包含銀，并且所述晶種粒子包含氯化銀。
【文檔編號(hào)】B82B1/00GK103635418SQ201280030925
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月23日
【發(fā)明者】崔準(zhǔn)洛, 文鐘云, 柳永先, 蔡京勳 申請(qǐng)人:Lg伊諾特有限公司