一种金属纳米线、分散液及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金属纳米线、分散液及其制备方法。金属纳米线的制备方法包括以下步骤：S1，配制浓度为0.01～1mol/L的金属离子溶液，加入络合剂、成核剂，通过碱溶液调节pH值为10.0～13.5，制得A溶液；其中，所述金属离子为磁性金属离子或者磁性金属离子和非磁性金属离子的混合；S2，配制0.1～3mol/L的强还原性的还原剂溶液，调节碱溶液调节pH值为10.0～13.5，制得B溶液；S3，将所述A溶液与所述B溶液置于反应容器中充分混合，在50～100℃和0.005～1T的磁场条件下反应，在出现团聚现象之前终止反应，制得含有磁性金属纳米线或者合金纳米线的反应原液。本发明专利技术的制备方法，反应温度低，且制得的一维金属纳米线的导电性高、尺寸可调控范围广。

Metal nanowire, dispersion and preparation method thereof

The invention discloses a metal nanowire, a dispersion and a preparation method thereof. Preparation method of metal nanowires includes the following steps: S1, with a concentration of 0.01 to 1mol/L of metal ion solution, complexing agent and nucleating agent, the alkali solution to adjust the pH value of 10 ~ 13.5, A solution was prepared; wherein, the metal ion is a mixture of magnetic metal ions or magnetic metal ions and the nonmagnetic metal ions; S2, preparation of 0.1 ~ 3mol/L strong reduction solution of alkali solution, adjusting the pH value is adjusted to 10 ~ 13.5, B solution was prepared; S3, the A solution and the B solution in the reaction container fully mixed reaction at 50 to 100 DEG C and 0.005 ~ 1T magnetic field under the termination reaction before the appearance of agglomeration, reaction solution prepared with magnetic metal nanowires or alloy nanowires. The preparation method of the invention has low reaction temperature, and the prepared one-dimensional metallic nanowires have high conductivity and wide size control range.

【技术实现步骤摘要】
一种金属纳米线、分散液及其制备方法
本专利技术涉及纳米材料
，特别是涉及一种金属纳米线、分散液及其制备方法。
技术介绍
一维纳米材料具有优异的光学、磁学、电学以及力学性能，使其在电子制造、光电子、电化学以及催化等应用上起到了重要作用。一维金属纳米线通常采用模板法辅助生长来制备，常用的有硬模板法，软模板法和无模板法。对于硬模板法，使用具有多孔的金属、半导体、陶瓷、有机高分子等材料作为模板，在孔隙中生长一维纳米结构，该方法对原材料的基本要求是可通过某种方法被填充到孔内。如使用阳极氧化铝作为模板，利用其纳米多孔结构控制金属纳米线形貌和尺寸，再经过化学方法将模板溶解，可以得到整齐排列的金属纳米线，但是这种方法工艺复杂，金属纳米线的结构和尺寸完全受限于模板的孔结构，不利于低成本的大批量生产。对于软模板法，有些表面活性剂分子在其浓度达到临界胶束浓度时会自发地形成棒状胶束(或反胶束)，这些各向异性的两亲结构可以直接作为软模板，比如采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)等高分子软模板来制备纳米线。优点是可以一次性制备较多的产品，但该方法容易在体系中引入其他组分，且软模板附着在纳米线表面不容易除去，一方面增加了生产过程的复杂性，另一方面影响纳米线的导电性等使用性能。相比模板辅助生长技术，无模板化学合成制备一维纳米结构则更为方便，一方面设备简单，投资少，可以实现一维纳米材料的批量生产，生产能力大；另外还可以通过设计控制一维结构的形貌参数及晶面取向，获得具有不同显微结构的一维纳米结构。然而，现有的无模板化学合成方法中，大多使用有机溶剂，不仅对环境造成污染，而且反应温度较高，一般为110℃。有些方案中使用乙二醇同时作为溶剂和还原剂时，温度需达到约200℃。此外，制得的一维金属纳米材料的直径与长度可调控的范围也较小，不利于更广泛地应用。以上
技术介绍
内容的公开仅用于辅助理解本专利技术的专利技术构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述
技术介绍
不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种金属纳米线、分散液及其制备方法，反应温度低，且制得的一维金属纳米线的导电性高、尺寸可调控范围广。本专利技术的技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种金属纳米线的制备方法，包括以下步骤：S1，配制浓度为0.01～1mol/L的金属离子溶液，加入络合剂、成核剂，通过碱溶液调节pH值为10.0～13.5，制得A溶液；其中，所述金属离子为磁性金属离子或者磁性金属离子和非磁性金属离子的混合；S2，配制0.1～3mol/L的强还原性的还原剂溶液，调节碱溶液调节pH值为10.0～13.5，制得B溶液；S3，将所述A溶液与所述B溶液置于反应容器中充分混合，在50～100℃和0.005～1T的磁场条件下反应，在出现团聚现象之前终止反应，制得含有磁性金属纳米线或者合金纳米线的反应原液。一种根据如上所述的制备方法制得的金属纳米线。一种金属纳米线分散液的制备方法，包括以下步骤：S1，配制浓度为0.01～1mol/L的金属离子溶液，加入络合剂、成核剂，通过碱溶液调节pH值为10.0～13.5，制得A溶液；其中，所述金属离子为磁性金属离子或者磁性金属离子和非磁性金属离子的混合；S2，配制0.1～3mol/L的强还原性的还原剂溶液，调节碱溶液调节pH值为10.0～13.5，制得B溶液；S3，将所述A溶液与所述B溶液充分混合，在50～100℃和0.005～1T的磁场条件下反应，在出现团聚现象之前终止反应，制得含有磁性金属纳米线或者合金纳米线的反应原液；S4，将步骤S3所得的反应原液通过蒸馏水或乙醇进行多次洗涤，收集反应原液中的磁性金属纳米线或者合金纳米线，分散于溶液中，制得金属纳米线分散液。一种根据如上所述的制备方法制得的金属纳米线分散液。本专利技术与现有技术对比的有益效果是：本专利技术的金属纳米线的制备方法中，由强还原性的还原剂对金属离子进行还原反应，保证金属离子快速被还原成金属单质，同时引入的成核剂可以保证反应初期通过还原剂的作用产生大量的晶核，保证了后续磁性金属纳米结构的生长。配合反应过程中的磁场调控以及络合剂的作用，磁场使得小的金属晶粒沿磁场方向生长排列成线，络合剂控制反应速率适中，从而允许磁场有充足的时间发挥引导作用制得金属纳米线，不至于反应过快导致磁场来不及作用最终得到大的颗粒状金属。由于反应过程是依赖于强还原性的还原剂的快速还原反应加磁场诱导生长，因此在较低温度(50～100℃)下即可实现反应得到产物，不再像以往那样依赖部分弱还原剂发挥“软模板”作用，靠升高反应温度的条件来缓慢还原、无序排列和生长后，再降温自组装。本专利技术制得的金属纳米线，金属表面洁净，不存在其它作为模板的物质(例如作为软模板的高分子化合物)，因此制得的金属纳米线的导电性较高，分散性也较好。此外，经验证，本专利技术的制得的金属纳米线尺寸均一，金属纳米线直径为30nm～300nm、长度为1μm～100μm，尺寸可调控范围广。【附图说明】图1是本专利技术具体实施方式中实施例1制得的镍纳米线扫描电子显微镜照片；图2是本专利技术具体实施方式中实施例2制得的钴纳米线扫描电子显微镜照片；图3是本专利技术具体实施方式中实施例3制得的镍纳米线扫描电子显微镜照片；图4是本专利技术具体实施方式中实施例4制得的镍钴合金纳米线扫描电子显微镜照片；图5是本专利技术具体实施方式中实施例5制得的镍纳米线扫描电子显微镜照片。【具体实施方式】下面结合具体实施方式并对照附图对本专利技术做进一步详细说明。本具体实施方式中提供一种金属纳米线的制备方法，包括以下步骤：S1，配制浓度为0.01～1mol/L的金属离子溶液，加入络合剂、成核剂，通过碱溶液调节pH值为10.0～13.5，制得A溶液。其中，所述金属离子为磁性金属离子或者磁性金属离子和非磁性金属离子的混合。该步骤中，金属离子溶液优选为金属盐溶液。其中，磁性金属离子可为镍、钴、铁的二价金属离子中的一种或多种的混合。金属离子的浓度在0.01～1mol/L，一方面，如果浓度太低，得到的金属纳米线很少，产率低，不利于应用。但如果浓度高于1mol/L时，在后续步骤S3中被还原过程中会产生大量金属纳米线，如果金属纳米线浓度过高，纳米线之间由于相互“焊接”“纠缠”在一起，最终制得的产物是类似海绵的一团金属物质，而不是金属的分散液。强调金属离子至少包括磁性金属离子，则是基于后续能接受外加磁场的作用而排列生长为纳米线。当包括磁性金属离子和非磁性金属离子时，生长过程中以磁性金属作为模板引导非磁性金属的生长，最终制得由磁性金属和非磁性金属构成的合金纳米线。配制过程中，络合剂可为Na3C6H5O7、H3C6H5O7、H2C2O4、Na2C2O4、C10H14N2Na2O8中的一种或多种的混合。优选为Na3C6H5O7、Na2C2O4，具有良好的络合作用效果，更易实现对反应速度的调控，从而获得设计尺寸下的金属纳米线。成核剂可为贵金属盐和/或贵金属酸，例如选自氯铂酸、氯钯酸、氯金酸，要求成核剂中所含金属离子比所制备的磁性金属离子更容易被还原。配制A溶液后，用于后续与B溶液混合后发生还原反应。S2，配本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属纳米线的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，配制浓度为0.01～1mol/L的金属离子溶液，加入络合剂、成核剂，通过碱溶液调节pH值为10.0～13.5，制得A溶液；其中，所述金属离子为磁性金属离子或者磁性金属离子和非磁性金属离子的混合；S2，配制0.1～3mol/L的强还原性的还原剂溶液，调节碱溶液调节pH值为10.0～13.5，制得B溶液；S3，将所述A溶液与所述B溶液置于反应容器中充分混合，在50～100℃和0.005～1T的磁场条件下反应，在出现团聚现象之前终止反应，制得含有磁性金属纳米线或者合金纳米线的反应原液。

【技术特征摘要】
1.一种金属纳米线的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，配制浓度为0.01～1mol/L的金属离子溶液，加入络合剂、成核剂，通过碱溶液调节pH值为10.0～13.5，制得A溶液；其中，所述金属离子为磁性金属离子或者磁性金属离子和非磁性金属离子的混合；S2，配制0.1～3mol/L的强还原性的还原剂溶液，调节碱溶液调节pH值为10.0～13.5，制得B溶液；S3，将所述A溶液与所述B溶液置于反应容器中充分混合，在50～100℃和0.005～1T的磁场条件下反应，在出现团聚现象之前终止反应，制得含有磁性金属纳米线或者合金纳米线的反应原液。2.根据权利要求1所述的金属纳米线的制备方法，其特征在于：步骤S3为：将A溶液与B溶液分别于50～100℃下预热5～60分钟后再将两者充分混合，在50～100℃和0.005～1T的磁场条件下反应，在出现团聚现象之前终止反应，制得所述反应原液。3.根据权利要求1或2所述的金属纳米线的制备方法，其特征在于：步骤S3中包括：反应一段时间后，在出现团聚现象之前加入质量分数为0.5％～10％的酸溶液调节反应后的溶液的pH值为6.0～8.5，制得所述反应原液。4.根据权利要求1所述的金属纳米线的制备方法，其特征在于：步骤S1中，所述金属离子浓度为0.1～0.75mol/L，通过碱溶液调节pH值为12.0～13.0。5.根据权利要求1所述的金属纳米线的制备方法，其特征在于：步骤S3中，反应温度为50℃～80℃...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨诚，吴铛，刘佳惺，邹培超，
申请(专利权)人：清华大学深圳研究生院，
类型：发明
国别省市：广东,44