一种核壳结构的复合金属纳米线及其制备方法与应用技术

本发明专利技术提供了一种核壳结构的复合金属纳米线及其制备方法与应用，所述核壳结构的复合金属纳米线包括二维结构或三维立体结构的金属纳米线导电网络，所述金属纳米线导电网络的表面电镀有壳金属材料，所述电镀为在辅助外场条件下进行。本发明专利技术的技术方案的复合金属纳米线交叉点处焊合良好，极大减小了接触电阻，其构筑的透明导电薄膜导电性好；外场辅助下生长出来的侧翼结构，有效提高了机械附着力，其构筑的透明导电薄膜机械附着力大；其构筑的透明导电膜耐温性高；其制备方法不采用高温处理，原材料无毒，节能环保，具有良好的工业化前景。

【技术实现步骤摘要】
一种核壳结构的复合金属纳米线及其制备方法与应用
本专利技术属于材料
，尤其涉及一种核壳结构的复合金属纳米线及其制备方法与应用。
技术介绍
透明导电薄膜在触摸屏、显示器、加热器、生物传感器抗静电、新能源、太阳能电池、柔性电子、可穿戴电子等方面具有广泛的应用前景。目前在透明导电薄膜中，一般采用氧化铟锡作为主要的透明导电电极材料。但氧化铟锡材料本身的脆性限制了其在柔性电子器件和可穿戴设备领域中的应用。金属纳米线因优异的电学性能、光学性能及机械柔韧性，被视为制备新一代透明导电电极的最佳材料。然而，金属纳米线形成的导电网络接触电阻大，与基材之间的作用力弱，且金属因处于纳米尺度而耐温性差，这就限制透明导电膜本身的性能极限，同时也限制了其在耐高温透明导电膜领域中的应用。
技术实现思路
针对以上技术问题，本专利技术公开了一种核壳结构的复合金属纳米线及其制备方法与应用，其应用于透明导电薄膜中，得到的透明导电膜方阻低、与基材之间的作用力好、可见光透过率高、机械附着力大、且可耐高温，应用领域十分广泛。对此，本专利技术采用的技术方案为：一种核壳结构的复合金属纳米线，其包括二维结构或三维立体结构的金属纳米线导电网络，所述金属纳米线导电网络的表面电镀有壳金属材料，所述电镀在辅助外场条件下进行。采用此技术方案，该复合金属纳米线形成的导电膜，交叉点处良好焊合，金属纳米线与基材接触处长出侧翼结构，且在壳层金属的保护下耐温性能得到极大提高。提供的具有核/壳结的复合金属纳米线构新颖，形成的导电膜性能优异，方法成本低廉、工艺简单、重复性好，具有良好的工业化前景。该具有核/壳结构复合金属纳米线可以应用于耐高温透明导电膜中。作为本专利技术的进一步改进，所述复合金属纳米线在辅助磁场作用下通过电镀生长出侧翼结构，形成具有三角形截面的核/壳结构。采用此技术方案，在磁场辅助下，金属纳米线与基材接触处长出侧翼结构，形成具有三角形截面的核/壳结构，有效提高了机械附着力，经3M胶带测试300次后阻值几乎无变化；且采用该复合金属纳米线形成的透明导电膜的耐高温温度在150-650℃范围，大大提高了应用范围。作为本专利技术的进一步改进，所述辅助外场为磁场，电镀时所述磁场的磁力线垂直于导电网络的磁场。作为本专利技术的进一步改进，所述金属纳米线导电网络的材质为金、银、铜、铁、钴、镍、锡、锌、铝或各自合金中的至少一种。作为本专利技术的进一步改进，所述壳金属材料为金、银、铜、铁、钴、镍、锡、锌、铝或各自合金中的一种、两种或至少两种的组合。作为本专利技术的进一步改进，所述金属纳米线导电网络为银纳米线，所述壳金属材料为镍。本专利技术还提供了一种如上所述的核壳结构的复合金属纳米线的制备方法，其包括以下步骤：步骤S1，将二维平面基底上涂布或浸渍提拉含有金属纳米线的导电浆料或者将三维多孔材料浸没入含有金属纳米线的导电浆料中，获得二维或三维金属纳米线导电网络前驱体；步骤S2，以二维或三维金属纳米线导电网络前驱体为阴极，以壳金属材料的金属片为阳极，置于含有相应壳金属材料盐的镀液中，同时施加辅助磁场，使辅助磁力线垂直于导电网络的磁场进行电镀，得到核壳结构的复合金属纳米线。作为本专利技术的进一步改进，步骤S2中，当采用二维或三维金属纳米线导电网络前驱体为阴极电镀后，将电镀后的三维多孔材料内的复合金属纳米线采用超声清洗至分散液中，然后用于透明导电薄膜的涂布。作为本专利技术的进一步改进，所述二维平面基底的材质为玻璃、石英、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）、聚氯乙烯（PVC）或聚碳酸酯（PC）；所述三维多孔材料为聚氨酯、泡沸石、多孔氧化铝、多孔氧化锆、多孔聚苯乙烯或聚氯乙烯泡沫。作为本专利技术的进一步改进，电镀时，阴阳两极的板间距为0.5~20cm，电镀电压为0.05~35V，电镀时间1~60min，辅助磁场强度0.1-2T。作为本专利技术的进一步改进，采用涂布或浸渍提拉获得二维或三维立体结构的金属纳米线导电网络前驱体。采用本专利技术的技术方案，将金属纳米线导电网络前驱体在辅助磁场的辅助下电镀，制备出具有核/壳结构的复合金属纳米线，采用该复合金属纳米线形成的透明导电薄膜透过率在88%以上；交叉点处良好焊合，极大减小了接触电阻，方阻在10Ω/sq以下；在磁场辅助下，金属纳米线与基材接触处长出侧翼结构，形成特定结构的核/壳结构，有效提高了机械附着力，特别是截面为三角形结构的，机械附着力更好，经3M胶带测试300次后阻值几乎无变化。因为壳层金属的保护，制备的复合金属纳米线的耐温性获得极大提升，例如，镍包覆银纳米线复合纤维可耐400℃的高温，相较于银纳米线只能耐180℃已提升近两倍，表明制备的核/壳结构的复合金属纳米线在耐高温应用中有着良好前景。本专利技术还公开了一种如上所述的核壳结构的复合金属纳米线的应用，所述核壳结构的复合金属纳米线应用于透明导电膜中。本专利技术所得的复合金属纳米线由外场辅助条件下电镀二维或三维金属纳米线导电网络前驱体获得，相对于现有技术，其有益效果包括：（1）复合金属纳米线交叉点处良好焊合，极大减小了接触电阻，其构筑的透明导电薄膜导电性好。（2）在磁场辅助下，金属纳米线与基材接触处长出侧翼结构，形成具有三角形截面的核/壳结构，有效提高了机械附着力，其构筑的透明导电薄膜机械附着力大。（3）受益于壳层金属的保护，制备的复合金属纳米线的耐温性获得极大提升，其构筑的透明导电膜耐温性高。（4）本专利技术提供了一种成本低廉、工艺简单、重复性好的具有核/壳结构的复合金属纳米线的制备方法，整个制备过程不采用高温处理，原材料无毒，节能环保，具有良好的工业化前景。附图说明图1为本专利技术实施例1得到的具有三角形截面核/壳结构复合金属纳米线SEM图。其中，图1a为交叉点处SEM图，图1b为截面SEM图，图1c为TEM图。图2为本专利技术实施例1得到的具有三角形截面核/壳结构复合金属纳米线的EDX图和XRD图；其中，图2a为EDX图，图2b为XRD图。图3为本专利技术实施例1得到的具有三角形截面核/壳结构复合金属纳米线构筑的透明导电膜在可见光范围内的透过率全谱图。图4为本专利技术实施例1得到的具有三角形截面核/壳结构复合金属纳米线构筑的透明导电膜方阻随温度变化结果。图5为本专利技术实施例1得到的具有三角形截面核/壳结构复合金属纳米线构筑的透明导电膜经400℃热处理后的SEM图(图5a)和银纳米线透明导电膜经400℃热处理后的SEM图(图5b)。图6为本专利技术实施例1得到的具有三角形截面核/壳结构复合金属纳米线构筑的透明导电膜方阻随3M胶带粘贴测试次数变化情况。相比于银纳米线透明导电膜，本导电膜可经受近200次粘贴测试而无明显方阻改变。图7为本专利技术实施例2得到的部分具有三角形截面核/壳结构复合金属纳米线SEM图。图8为本专利技术实施例3得到的具有圆形截面核/壳结构复合金属纳米线SEM图。图9为本专利技术实施例4得到的具有圆形截面核/壳结构复合金属纳米线SEM图。图10为本专利技术实施例5得到的具有核/壳结构复合金属纳米线SEM图。其中，10a为交叉点处SEM图，10b为TEM图。图11为本专利技术实施例5得到的具有核/壳结构复合金属纳米线的EDX图和XRD图，其中图11a为EDX图，图11b为XRD图。图12为本专利技术实施例5得到的具有核/壳结构复合金属纳米线构筑的透明导电膜在可见光范围内的透过率全本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种核壳结构的复合金属纳米线，其特征在于：其包括二维结构或三维立体结构的金属纳米线导电网络，所述金属纳米线导电网络的表面电镀有壳金属材料，所述电镀在辅助外场条件下进行。

【技术特征摘要】
1.一种核壳结构的复合金属纳米线，其特征在于：其包括二维结构或三维立体结构的金属纳米线导电网络，所述金属纳米线导电网络的表面电镀有壳金属材料，所述电镀在辅助外场条件下进行。2.根据权利要求1所述的核壳结构的复合金属纳米线，其特征在于：所述复合金属纳米线在辅助外场作用下通过电镀生长出侧翼结构，形成具有三角形截面的核/壳结构。3.根据权利要求1所述的核壳结构的复合金属纳米线，其特征在于：所述辅助外场为磁场，电镀时所述磁场的磁力线垂直于导电网络的磁场。4.根据权利要求1~3任意一项所述的核壳结构的复合金属纳米线，其特征在于：所述金属纳米线导电网络的材质为金、银、铜、铁、钴、镍、锡、锌、铝或各自合金中的至少一种；所述壳金属材质为金、银、铜、铁、钴、镍、锡、锌、铝或各自合金中的一种、两种或至少两种的组合。5.根据权利要求4所述的核壳结构的复合金属纳米线，其特征在于：所述金属纳米线导电网络为银纳米线，所述壳金属材料为镍。6.一种如权利要求1~5任意一项所述的核壳结构的复合金属纳米线的制备方法，其特征在于，其包括以下步骤：步骤S1，将二维平面基底上涂布或浸渍提拉含有金属纳米线的导电浆料或者将三维多孔材料浸没入含有金属纳米线的导电浆料中，...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱业君，张立文，闫勇，
申请(专利权)人：苏州城邦达力材料科技有限公司，哈尔滨工业大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：江苏,32