一種超長(zhǎng)銀納米線的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種超長(zhǎng)銀納米線的制備方法，首先在加熱溫度150℃的條件下，向含有少量氯化鐵FeCl3的乙二醇溶液中滴加硝酸銀AgNO3與聚乙烯吡咯烷酮PVP的混合溶液；滴加20分鐘后停止滴加；保溫30分鐘后，再繼續(xù)滴加硝酸銀AgNO3與聚乙烯吡咯烷酮PVP的混合溶液，使所述銀納米線在原來(lái)的基礎(chǔ)上繼續(xù)一維方向上生長(zhǎng)；并在滴加20分鐘后停止，間隔30分鐘后，再滴加20分鐘；停止滴加后，在150℃下保溫指定時(shí)間，并進(jìn)行自然降溫，得到超長(zhǎng)銀納米線。該方法制備成本低，可簡(jiǎn)單、批量的生產(chǎn)超長(zhǎng)銀納米線，并可利用所制得的銀納米線通過(guò)合適的襯底制備高透明度、高導(dǎo)電性的透明導(dǎo)電薄膜。
【專利說(shuō)明】一種超長(zhǎng)銀納米線的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及導(dǎo)電材料【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種超長(zhǎng)銀納米線的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，銀納米線以其強(qiáng)度高，導(dǎo)電好的性質(zhì)，在納電子、納電化學(xué)器件、觸摸屏、透明電極以及柔性電子器件中都有著重要的應(yīng)用前景。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)方案中，制備銀納米線的方法主要是通過(guò)物理或化學(xué)的方法，例如模板導(dǎo)向法和濕化學(xué)法等。模板導(dǎo)向法的成本較高，而濕化學(xué)法很難得到超長(zhǎng)的銀納米線，由于超長(zhǎng)銀納米線是高透明度、高導(dǎo)電性的關(guān)鍵因素，現(xiàn)有技術(shù)的制備方法都嚴(yán)重限制了其應(yīng)用范圍，因此發(fā)展低成本、簡(jiǎn)單、批量制備超長(zhǎng)銀納米線的技術(shù)是至關(guān)重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種超長(zhǎng)銀納米線的制備方法，該方法制備成本低，可簡(jiǎn)單、批量的生產(chǎn)超長(zhǎng)銀納米線，并可利用所制得的銀納米線通過(guò)合適的襯底制備高透明度、高導(dǎo)電性的透明導(dǎo)電薄膜，提高產(chǎn)量及性能。
[0005]一種超長(zhǎng)銀納米線的制備方法，所述方法包括:
[0006]在加熱溫度150°C的條件下，向含有少量氯化鐵FeCl3的乙二醇溶液中滴加硝酸銀AgNO3與聚乙烯吡咯烷酮PVP的混合溶液；
[0007]在滴加20分鐘后停止滴加，使溶液中被還原的銀原子在一維方向上生長(zhǎng)，生成銀納米線；
[0008]保溫30分鐘后，再繼續(xù)滴加硝酸銀AgNO3與聚乙烯吡咯烷酮PVP的混合溶液，使所述銀納米線在原來(lái)的基礎(chǔ)上繼續(xù)一維方向上生長(zhǎng)；
[0009]并在滴加20分鐘后停止，間隔30分鐘后，再滴加20分鐘；
[0010]停止滴加后，在150°C下保溫指定時(shí)間，并進(jìn)行自然降溫，得到超長(zhǎng)銀納米線。
[0011]所述滴加硝酸銀AgNO3與聚乙烯吡咯烷酮PVP的混合溶液的滴速為:0.5ml/min。
[0012]所述銀納米線的平均長(zhǎng)度通過(guò)間隔滴加的次數(shù)來(lái)調(diào)控。
[0013]在得到超長(zhǎng)銀納米線之后，所述方法還包括:
[0014]將所得到的超長(zhǎng)銀納米線經(jīng)過(guò)離心清洗后，分散到異丙醇溶液中，再進(jìn)行刮涂處理，制備得到透明導(dǎo)電薄膜。
[0015]所述分散到異丙醇溶液中，再進(jìn)行刮涂處理，制備得到透明導(dǎo)電薄膜，具體包括:
[0016]將離心清洗后的銀納米線分散到異丙醇溶液中，配成10mg/ml的銀納米線分散液；
[0017]將溶液超聲2分鐘后，用玻璃棒刮涂到預(yù)先準(zhǔn)備的載玻片上，并自然晾干，制備得到銀納米線透明導(dǎo)電薄膜。
[0018]在得到透明導(dǎo)電薄膜之后，進(jìn)一步對(duì)所述透明導(dǎo)電薄膜進(jìn)行后處理，具體包括:
[0019]將所制得的透明導(dǎo)電薄膜放在加熱板上200°C加熱20分鐘后自然降溫；[0020]將已降溫的透明導(dǎo)電薄膜放入去離子水中浸泡3分鐘，再放入乙醇中浸泡10秒鐘后自然晾干；
[0021]再用旋涂?jī)x在該透明導(dǎo)電薄膜的表面旋涂?jī)蓪覲ED0T/PSS溶液，旋涂好后，再在加熱板上120°C加熱5分鐘。
[0022]由上述本發(fā)明提供的技術(shù)方案可以看出，所述方法首先在加熱溫度150°C的條件下，向含有少量氯化鐵FeCl3的乙二醇溶液中滴加硝酸銀AgNO3與聚乙烯吡咯烷酮PVP的混合溶液；在滴加20分鐘后停止滴加，使溶液中被還原的銀原子在一維方向上生長(zhǎng)，生成銀納米線；保溫30分鐘后，再繼續(xù)滴加硝酸銀AgNO3與聚乙烯吡咯烷酮PVP的混合溶液，使所述銀納米線在原來(lái)的基礎(chǔ)上繼續(xù)一維方向上生長(zhǎng)；并在滴加20分鐘后停止，間隔30分鐘后，再滴加20分鐘；停止滴加后，在150°C下保溫指定時(shí)間，并進(jìn)行自然降溫，得到超長(zhǎng)銀納米線。該方法制備成本低，可簡(jiǎn)單、批量的生產(chǎn)超長(zhǎng)銀納米線，并可利用所制得的銀納米線通過(guò)合適的襯底制備高透明度、高導(dǎo)電性的透明導(dǎo)電薄膜，提高產(chǎn)量及性能。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0024]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的超長(zhǎng)銀納米線的制備方法流程示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明所舉實(shí)例中超長(zhǎng)銀納米線的生長(zhǎng)過(guò)程示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明所舉實(shí)例中后處理對(duì)銀納米線導(dǎo)電薄膜方塊電阻的影響示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]下面結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0028]本發(fā)明實(shí)施例所述制備方法是在三氯化鐵和聚乙烯吡咯烷酮的輔助下，通過(guò)滴加硝酸銀溶液，一步生長(zhǎng)制備得到50?100微米長(zhǎng)的銀納米線。該方法不需要昂貴的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，只需要加熱套，配合使用輸液器來(lái)滴加溶液，就可以制得超長(zhǎng)銀納米線，并進(jìn)一步還可以利用所制得的銀納米線通過(guò)合適的襯底制備高透明度、高導(dǎo)電性的透明導(dǎo)電薄膜。下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施例作進(jìn)一步地詳細(xì)描述，如圖1所示為本發(fā)明實(shí)施例提供的超長(zhǎng)銀納米線的制備方法流程示意圖，所述方法包括:
[0029]步驟11:在加熱溫度150°C的條件下，向含有少量氯化鐵FeCl3的乙二醇溶液中滴加硝酸銀AgNO3與聚乙烯吡咯烷酮PVP的混合溶液；
[0030]在該步驟中，在滴加溶液的初期，Ag+會(huì)被乙二醇還原成銀Ag原子，進(jìn)而生成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的五重孿晶顆粒，作為銀納米線生長(zhǎng)的籽晶，同時(shí)由于PVP的保護(hù)作用，籽晶將在一維方向上生長(zhǎng)，進(jìn)而生成銀納米線。與此同時(shí)，溶液中的Fe3+離子將被乙二醇還原成Fe2+，F(xiàn)e2+可以有效的吸收溶液中的溶解氧，抑制雜質(zhì)顆粒的生成。[0031]在具體實(shí)現(xiàn)中，滴加硝酸銀AgNO3與聚乙烯吡咯烷酮PVP的混合溶液的速度至關(guān)重要，在本實(shí)施例中可以設(shè)定滴速為:0.5ml/min。
[0032]步驟12:滴加20分鐘后停止滴加，使溶液中被還原的銀原子有足夠時(shí)間在一維方向上生長(zhǎng)，生成銀納米線；
[0033]步驟13:保溫30分鐘后，再繼續(xù)滴加硝酸銀AgNO3與聚乙烯吡咯烷酮PVP的混合溶液，使所述銀納米線在原來(lái)的基礎(chǔ)上繼續(xù)一維方向上生長(zhǎng)；
[0034]步驟14:在滴加20分鐘后再停止，間隔30分鐘后，再滴加20分鐘；
[0035]在該步驟中，如此重復(fù)步驟12-13的循環(huán)，即滴加20分鐘后再停止，間隔30分鐘后，再滴加20分鐘。
[0036]步驟15:停止滴加后，在150°C下保溫指定時(shí)間，并進(jìn)行自然降溫，得到超長(zhǎng)銀納米線。
[0037]在該步驟中，具體可以設(shè)定在150°C下保溫一個(gè)小時(shí)，然后在進(jìn)行自然降溫，得到超長(zhǎng)銀納米線，上述所制備的超長(zhǎng)銀納米線表面還包裹了一層PVP的高分子長(zhǎng)鏈。
[0038]具體實(shí)現(xiàn)中，銀納米線的平均長(zhǎng)度可以通過(guò)間隔滴加的次數(shù)來(lái)調(diào)控。
[0039]另外，在得到超長(zhǎng)銀納米線之后，還可以進(jìn)一步將所得到的超長(zhǎng)銀納米線經(jīng)過(guò)離心清洗后，分散到異丙醇溶液中，再進(jìn)行刮涂處理，從而制備得到透明導(dǎo)電薄膜，具體來(lái)說(shuō):
[0040]首先將離心清洗后的銀納米線分散到異丙醇溶液中，配成10mg/ml的銀納米線分散液；
[0041]然后將溶液超聲2分鐘后，用玻璃棒刮涂到預(yù)先準(zhǔn)備的載玻片上，并自然晾干，從而制備得到銀納米線透明導(dǎo)電薄膜。
[0042]具體實(shí)現(xiàn)中，除了本實(shí)施例所述載波片的襯底外，還可以使用其他的襯底，將銀納米線刮涂或轉(zhuǎn)移到任何固體或柔性襯底上，擴(kuò)大其使用范圍。
[0043]另外，在得到透明導(dǎo)電薄膜之后，還可以進(jìn)一步對(duì)所述透明導(dǎo)電薄膜進(jìn)行后處理，具體包括:
[0044]將所制得的透明導(dǎo)電薄膜放在加熱板上200°C加熱20分鐘后自然降溫，由于銀納米線的表面依然附著有PVP長(zhǎng)鏈，再進(jìn)行適當(dāng)?shù)募訜岷筇幚砜梢燥@著提高薄膜的導(dǎo)電性。
[0045]將已降溫的透明導(dǎo)電薄膜放入去離子水中浸泡3分鐘，再放入乙醇中浸泡10秒鐘后自然晾干，這里對(duì)透明導(dǎo)電薄膜進(jìn)行清洗后，可以提高透明導(dǎo)電薄膜的透過(guò)率。
[0046]再用旋涂?jī)x在表面旋涂?jī)蓪泳?3，4-亞乙二氧基噻吩)_聚(苯乙烯磺酸)(PED0T/PSS)溶液，其中體積比PED0T/PSS:異丙醇=1:4，旋涂轉(zhuǎn)速為2000rpm，旋涂時(shí)間為30秒，在旋涂好后，在加熱板上120°C加熱5分鐘。這里在透明導(dǎo)電薄膜表面旋涂少量PED0T/PSS后，可以顯著提高薄膜的穩(wěn)定性及襯底之間的附著力。
[0047]下面以具體的實(shí)例對(duì)上述制備方法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)例所用到的設(shè)備包括:力口熱套，輸液器(帶針頭)，超聲儀，加熱板，旋涂?jī)x和等離子清洗機(jī)等，具體步驟為:
[0048]I)首先制備氯化鐵(6xlO_4mol/L)和乙二醇溶液:
[0049]取0.013g三氯化鐵(FeCl3)溶于80ml乙二醇(EG)中，攪拌均勻。
[0050]2)乙二醇溶液的預(yù)加熱處理:取30ml乙二醇(EG)溶液，加熱套中150°C加熱一個(gè)小時(shí)。取2.5ml步驟I中的溶液，滴入其中，繼續(xù)150°C加熱5?10分鐘。[0051]3)配置硝酸銀(0.052mol/L)與 PVP (0.067mol/L)混合溶液:
[0052]取0.265g硝酸銀(AgNO3)和0.2231g聚乙烯吡咯烷酮(PVP)溶于30ml的乙二醇(EG)溶液中，攪拌使其充分溶解得到硝酸銀AgNO3與聚乙烯吡咯烷酮PVP的混合溶液。
[0053]4)超長(zhǎng)銀納米線的制備:
[0054]將步驟3中得到的溶液注入輸液器中，逐滴滴入步驟2中的溶液中(加熱套依然保持在150°C )，滴速0.5ml/min。20分鐘后停止滴加，保溫30分鐘后再滴加溶液，滴速保持不變。
[0055]如此重復(fù)一個(gè)循環(huán)(滴加20分鐘后停止，間隔30分鐘，再滴加20分鐘)。
[0056]然后在150°C下保溫一個(gè)小時(shí)后，進(jìn)行自然降溫，就可以得到超長(zhǎng)銀納米線。
[0057]如圖2所示為本發(fā)明所舉實(shí)例中超長(zhǎng)銀納米線的生長(zhǎng)過(guò)程示意圖，圖2中:
[0058](a)初始過(guò)程生成五重孿晶作為籽晶；
[0059](b)第一次滴加溶液并生長(zhǎng)后得到稍短的納米線；
[0060](c)第二次滴加溶液并生長(zhǎng)后得到稍長(zhǎng)的納米線；
[0061](d)第三次滴加溶液并生長(zhǎng)后得到超長(zhǎng)納米線。
[0062]5)對(duì)制備的銀納米線進(jìn)行離心清洗:
[0063]向步驟4得到的溶液中加入20ml乙醇后，超聲10分鐘，然后等量分裝到8個(gè)IOml的離心管中。離心機(jī)中離心20分鐘(轉(zhuǎn)速2000rpm)。將離心管中的澄清液倒掉，再在每個(gè)離心管中加入IOml乙醇，超聲10分鐘后，再次離心20分鐘，轉(zhuǎn)速不變，依然將澄清液倒掉。
[0064]6)銀納米線透明導(dǎo)電薄膜的制備:
[0065]首先準(zhǔn)備好襯底，先將載玻片在乙醇中超聲20分鐘，用去離子水清洗，吹干后，用等離子清洗機(jī)清洗15分鐘；用3M膠帶(12.7mm寬x33m長(zhǎng))將清洗好的載玻片用膠帶貼在四周固定在平臺(tái)上作為襯底備用。
[0066]再將步驟5中離心清洗后的銀納米線分散到異丙醇溶液中，配成10mg/ml的銀納米線分散液，將溶液超聲2分鐘后，再用玻璃棒刮涂到上述準(zhǔn)備好的載玻片上，自然晾干，從而得到銀納米線透明導(dǎo)電薄膜。
[0067]7)對(duì)上述制備的銀納米線透明導(dǎo)電薄膜進(jìn)行后處理:
[0068]首先，將步驟6中制備好的透明導(dǎo)電薄膜樣品放在加熱板上200°C加熱20分鐘后自然降溫；
[0069]再將已經(jīng)降溫的樣品放入去離子水中浸泡3分鐘，再放入乙醇中浸泡10秒鐘后自然晾干；
[0070]然后，再用旋涂?jī)x在銀納米線上面旋涂?jī)蓪泳?3，4-亞乙二氧基噻吩)_聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT/PSS)溶液(PEDOT/PSS:異丙醇=1:4，體積比)(轉(zhuǎn)速2000rpm，旋涂時(shí)間30秒)，旋涂好后，再在加熱板上120°C加熱5分鐘。
[0071]如圖3所示為本發(fā)明所舉實(shí)例中后處理對(duì)銀納米線導(dǎo)電薄膜方塊電阻的影響示意圖，圖3中橫坐標(biāo)代表后處理步驟:1代表刮涂，2代表熱處理(200°C 20min)，3代表清洗(去離子水中3min，乙醇中10s)，4代表旋涂少量PEDOT/PSS (2000rpm30s)。由圖3可知:加熱處理可以顯著降低透明導(dǎo)電薄膜的方塊電阻，而清洗和旋涂PEDOT/PSS不會(huì)對(duì)薄膜的方塊電阻負(fù)面影響。
[0072]另外，針對(duì)透明導(dǎo)電薄膜旋涂PEDOT/PSS后對(duì)穩(wěn)定性的影響，下表I給出了銀納米線透明導(dǎo)電薄膜用膠帶黏貼前后方塊電阻的變化對(duì)比:
[0073]表一
【權(quán)利要求】
1.一種超長(zhǎng)銀納米線的制備方法，其特征在于，所述方法包括: 在加熱溫度150°c的條件下，向含有少量氯化鐵FeCl3的乙二醇溶液中滴加硝酸銀AgNO3與聚乙烯吡咯烷酮PVP的混合溶液； 在滴加20分鐘后停止滴加，使溶液中被還原的銀原子在一維方向上生長(zhǎng)，生成銀納米線.保溫30分鐘后，再繼續(xù)滴加硝酸銀AgNO3與聚乙烯吡咯烷酮PVP的混合溶液，使所述銀納米線在原來(lái)的基礎(chǔ)上繼續(xù)一維方向上生長(zhǎng)； 并在滴加20分鐘后停止，間隔30分鐘后，再滴加20分鐘； 停止滴加后，在150°C下保溫指定時(shí)間，并進(jìn)行自然降溫，得到超長(zhǎng)銀納米線。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述超長(zhǎng)銀納米線的制備方法，其特征在于，所述滴加硝酸銀AgNO3與聚乙烯吡咯烷酮PVP的混合溶液的滴速為:0.5ml/min。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述超長(zhǎng)銀納米線的制備方法，其特征在于，所述銀納米線的平均長(zhǎng)度通過(guò)間隔滴加的次數(shù)來(lái)調(diào)控。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述超長(zhǎng)銀納米線的制備方法，其特征在于，在得到超長(zhǎng)銀納米線之后，所述方法還包括: 將所得到的超長(zhǎng)銀納米線經(jīng)過(guò)離心清洗后，分散到異丙醇溶液中，再進(jìn)行刮涂處理，制備得到透明導(dǎo)電薄膜。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述超長(zhǎng)銀納米線的制備方法，其特征在于，所述分散到異丙醇溶液中，再進(jìn)行刮涂處理，制備得到透明導(dǎo)電薄膜，具體包括: 將離心清洗后的銀納米線分散到異丙醇溶液中，配成10mg/ml的銀納米線分散液；將溶液超聲2分鐘后，用玻璃棒刮涂到預(yù)先準(zhǔn)備的載玻片上，并自然晾干，制備得到銀納米線透明導(dǎo)電薄膜。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述超長(zhǎng)銀納米線的制備方法，其特征在于，在得到透明導(dǎo)電薄膜之后，進(jìn)一步對(duì)所述透明導(dǎo)電薄膜進(jìn)行后處理，具體包括: 將所制得的透明導(dǎo)電薄膜放在加熱板上200°C加熱20分鐘后自然降溫； 將已降溫的透明導(dǎo)電薄膜放入去離子水中浸泡3分鐘，再放入乙醇中浸泡10秒鐘后自然晾干； 再用旋涂?jī)x在該透明導(dǎo)電薄膜的表面旋涂?jī)蓪覲ED0T/PSS溶液，旋涂好后，再在加熱板上120°C加熱5分鐘。
【文檔編號(hào)】C30B7/14GK103433503SQ201310362934
【公開(kāi)日】2013年12月11日 申請(qǐng)日期:2013年8月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月19日
【發(fā)明者】何微微, 王可, 滕大勇, 冉云霞, 吳摞, 葉長(zhǎng)輝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院