一种油相化学还原制备铜纳米线的方法技术

本发明专利技术公开一种油相化学还原制备铜纳米线的方法。所述方法包括：将还原性有机溶剂、阳离子型表面活性剂、无机盐催化剂和铜源混合，得到混合液A；在惰性气氛保护条件下，将混合液A在40～100℃加热搅拌至所有固体试剂完全溶解，得到溶液B；将溶液B升温至170～200℃并保温，得到悬浊液C；悬浊液C自然冷却至室温，离心，取底部沉淀用有机溶剂离心洗涤，洗涤后得到的红色沉淀即为铜纳米线。本发明专利技术方法简便易行，制备得到的铜纳米线线型规整、尺寸均一，为单质铜，无其它杂质，直径为15～35nm，长度为5μm～20μm，形貌可控，是一种良好的一维材料。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及材料领域。更具体地，涉及一种铜纳米线及油相化学还原制备铜纳米线的方法。
技术介绍
近年来，由于一维纳米结构具有独特的光、电、磁等性质，特别是在电子、原子探针、光学器件、透明导电材料及传感器等领域的应用而受到广泛的关注。而铜纳米线一方面具有高的导电性，独特的力学、光学等物理现象在今后的应用中具有极其重要的作用?’另一方面由于铜储量丰富，在贵金属中相对便宜的价格而倍受人们的青睬。目前，合成铜纳米线的方法主要有:模板辅助合成法、直接气相沉积法、溶液法。模板辅助合成法由于其合成过程中装置简单、操作容易、形态可控而作为合成铜纳米线的普遍方法。但是由模板合成的铜纳米线的后处理工艺繁琐，常需要用强酸、强碱或其它有机溶剂去除模板。直接气相沉积法是通过各种物理或化学手段形成气相反应物，再将形成的气相反应物直接沉积在特定的基底上而形成一维纳米线结构，此法虽工艺简单但是需在高温条件下进行。溶液法合成铜纳米线通常以碱或酸为还原剂，反应条件比较苛刻，难以推广，且所用溶剂为水，制备的纳米线团簇在一起，很难分散，这为其后续应用带来了巨大的困难。因此，需要提供一种尺寸均一、线型规整且分散性好的简便易行的制备铜纳米线的方法。
技术实现思路
本专利技术的一个目的在于提供。该方法能够可控合成铜纳米线。本专利技术的另一个目的在于提供一种利用油相化学还原制备的铜纳米线。该铜纳米线线型规整、尺寸均一，直径为15?35nm，长度为5 μ m?20 μ m。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案:，包括如下步骤:1)将还原性有机溶剂、阳离子型表面活性剂、无机盐催化剂和铜源混合，得到混合液A ；2)在惰性气氛保护条件下，将混合液A在40?100°C加热搅拌至所有固体试剂完全溶解，得到溶液B;3)将溶液B升温至170?200°C并保温，得到悬浊液C ;悬浊液C自然冷却至室温，离心，取底部沉淀用有机溶剂离心洗涤，洗涤后得到的红色沉淀即为铜纳米线。优选地，步骤1)中，所述还原性有机溶剂、阳离子型表面活性剂、无机盐催化剂和铜源的质量比为10:0.2?0.3:0.05?0.15:0.1?0.4。经过本申请人大量反复的试验尝试和探索发现，该范围体系更容易合成金属纳米线。如果不在该范围内合成，很难合成出金属纳米线。优选地，步骤1)中，所述还原性有机溶剂选自油胺、油酸和十八烯中的一种或多种。更优选地，步骤1)中，所述还原性有机溶剂为油胺。因为油胺相比于油酸和十八烯有更好的溶剂性和还原性，更利于形成均一单分散的铜纳米线。优选地，步骤1)中，所述阳离子型表面活性剂选自二甲基双十八烷基氯化铵、聚乙烯吡咯烷酮或者三苯基膦。更优选地，步骤1)中，所述阳离子型表面活性剂为二甲基双十八烷基氯化铵。二甲基双十八烷基氯化铵相比于其它表面活性剂控制合成出的铜纳米线具有更好的形貌和长径比。优选地，步骤1)中，所述无机盐催化剂选自氯化镍、硝酸镍、氯化钴或者硝酸钴。更优选地，步骤1)中，所述无机盐催化剂为氯化镍。经大量实验验证，氯化镍相比于其他镍盐更容易合成得到铜纳米线。优选地，步骤1)中，所述铜源选自乙酰丙酮铜、氯化铜、硝酸铜、硫酸铜或者醋酸铜。更优选地，步骤1)中，所述铜源为乙酰丙酮铜。经大量实验验证，乙酰丙酮铜相比于其他铜盐更容易合成得到铜纳米线。优选地，步骤2)中，所述加热搅拌的时间为5?30min。该搅拌时间范围是既考虑充分溶剂固体试剂和节能效果的理想选择范围。优选地，步骤3)中，所述保温的时间为0.5?10h。通过对该保温时间的调控，可以合成得到不同长径比的铜纳米线。优选地，步骤3)中，有机溶剂离心洗涤的转速为8000?11000r/min ;所述有机溶剂选自正己烷、乙醇、甲苯和丙酮中的一种或多种。离心洗涤的转速如果过小，则离心效果不好，如果转速过大则会导致产品结块。优选地，步骤3)中，为了保持制备得到的铜纳米线的单分散性，还可以将洗涤后的红色沉淀分散于诸如正己烷、乙醇、甲苯或丙酮等的有机溶剂中保存。现有技术中，溶液法合成铜纳米线的方法主要是水相法。但是，水相法合成所得的铜线长径比偏小。针对现有技术中存在的问题，本专利技术首次提出采用油相化学还原的方法制备铜纳米线，选择油胺作为溶剂以及还原剂，选择乙酰丙酮铜作为铜源，选择二甲基双十八烷基氯化铵，氯化镍为无机盐催化剂，利用氧化还原的原理，制备得到了形貌可控的铜纳米线。在合成铜纳米线的过程中，主要通过调控纳米线的形貌、尺寸等来对最终产物进行调控，因此本专利技术在制备过程中对许多因素进行了探索，包括:金属盐前躯体、表面修饰剂、反应温度、表面修饰剂的量，从而确定了最优合成条件，成功制备了线型规整，尺寸均一的铜纳米线。进一步地，本专利技术铜纳米线制备的最优条件是:在油胺作为溶剂反应温度为的185°C，在六水合氯化镍和双十八烷基二甲基氯化铵存在下还原乙酰丙酮铜而制备得到的。此处油胺是溶剂同时也是还原剂。另外油胺和双十八烷基二甲基氯化铵同时作为表面修饰剂来控制Cu纳米线的形貌。本专利技术还提供了一种采用上述制备方法制备得到的铜纳米线，所述铜纳米线的直径为15?35nm，长度为5 μ m?20 μ m。本专利技术的有益效果如下:1.本专利技术方法制备得到的铜纳米线为单质铜，无其它杂质；2.本专利技术方法合成的Cu纳米线直径为15?35nm，远小于水相中合成的Cu纳米线(水相中合成的铜纳米线直径一般为80-120nm)，具有长径比更大的优点；3.本专利技术方法所合成的铜纳米线线型规整、尺寸均一，直径为15?35nm，长度为5 μ m?20 μ m，形貌可控，是一种良好的一维材料；4.该合成方法实验装置和试剂都比较容易获取，且很容易操作实施。【附图说明】下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】作进一步详细的说明。图1示出本专利技术实施例1制备得到的Cu纳米线的XRD谱图。图2示出本专利技术实施例1制备得到的Cu纳米线的EDS谱图。图3示出本专利技术实施例1制备得到的Cu纳米线的扫描电镜图。图4示出本专利技术实施例1制备得到的Cu纳米线的直径统计图。图5示出本专利技术实施例1制备得到的Cu纳米线的透射电镜图。图6示出本专利技术实施例1制备得到的Cu纳米线的高倍透射电镜图。【具体实施方式】为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。实施例1，包括如下步骤:(1)当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种油相化学还原制备铜纳米线的方法，其特征在于，包括如下步骤：1)将还原性有机溶剂、阳离子型表面活性剂、无机盐催化剂和铜源混合，得到混合液A；2)在惰性气氛保护条件下，将混合液A在40～100℃加热搅拌至所有固体试剂完全溶解，得到溶液B；3)将溶液B升温至170～200℃并保温，得到悬浊液C；悬浊液C自然冷却至室温，离心，取底部沉淀用有机溶剂离心洗涤，洗涤后得到的红色沉淀即为铜纳米线。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：程道建，吴登峰，戴长庆，陈兵，李少杰，
申请(专利权)人：北京化工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11