尺寸可调的超细银纳米线的水相制备方法及其应用技术

尺寸可调的超细银纳米线的水相制备方法及其应用，本发明专利技术涉及纳米材料领域，为了克服上述现有技术的不足，本发明专利技术提供了一种长度和直径分别精确可调的超细银纳米线的水相制备方法，本发明专利技术提供的制备方法包括如下步骤：（1）制备金种子；（2）制备银纤维内核溶液；（3）银纳米线的生长；由于该方法可以分别实现银纳米线直径和长度的精确调控，因此可实现对其表面等离子共振波长从可见光到近中红外区的精确调控，进而可实现银纳米线基于表面增强红外吸收光谱的多种实际应用。

Preparation and Application of Ultrafine Silver Nanowires with Adjustable Size in Aqueous Solution

The present invention relates to the field of nanomaterials. In order to overcome the shortcomings of the present technology, the present invention provides an aqueous phase preparation method of ultrafine silver nanowires with adjustable length and diameter, respectively. The preparation method of the present invention includes the following steps. (1) preparation of gold seeds; (2) preparation of silver fiber core solution; (3) growth of silver nanowires; (3) precise regulation of the diameter and length of silver nanowires can be achieved by this method, so that the surface plasmon resonance wavelength can be precisely controlled from visible light to near-mid-infrared region, and then silver nanowires can be realized. Various practical applications based on surface enhanced infrared absorption spectroscopy.

【技术实现步骤摘要】
尺寸可调的超细银纳米线的水相制备方法及其应用
本专利技术涉及纳米材料领域，涉及一种水相制备银纳米线的方法，用化学合成的方法在水溶液中制备长度和直径分别可调的超细银纳米线。该制备方法程序简单，周期短，成本低，环保，所得到的银纳米线薄膜具有优异的光学性能和电学性能。该方法制备的银纳米线的长度和直径均可实现精确调控，相应地，其表面等离子共振波长可实现在可见光和近中红外区域的精确调控，从而实现表面增强红外吸收等功能。另一方面，该方法制备的银纳米线溶液涂布的薄膜具有良好的透明度和导电性，其超细直径和超长的长度保证其导电率高的同时亦有较高的透明度。该制备方法制备的银纳米线薄膜具有生产成本低、可规模化生产、应用范围广等优势，可以作为透明电极、柔性显示屏、电子皮肤、太阳能电池、电磁屏蔽等应用的组分材料。
技术介绍
透明导电材料是许多电子和光电子器件的重要组成部分，如显示器屏幕、电子皮肤和太阳能电池等。近年来，随着触控电子产品的广泛普及以及对触控屏技术日益提高的要求，特别是柔性的有机发光二极管显示屏的迅猛发展，传统的氧化铟锡(ITO)材料由于资源短缺、柔韧性差、制造工艺复杂、能耗高等问题，已经无法进一步满足新一代触控技术的发展要求，寻找新的替代材料显得尤为必要。性能优异、柔性且环境友好型的透明导电材料的市场增量空间巨大。新一代透明导电材料已经作为ITO替代品被许多公司和研究机构广泛探索和研究，包括碳纳米管、石墨烯、金属网格和银纳米线等。其中，银纳米线作为ITO的替代品，已经显示出与ITO相当的电学和光学性能。由于银是电的良导体，因而银纳米线用作电极材料可以降低能耗(相对于氧化物薄膜电极)。同时，当银纳米线的直径远小于可见光入射波长时，银纳米结构的等离子效应可以增强光透射率，使电极具有很好的光电性能。此外，当银纳米线薄膜电极透明度达到80％以上时，据报道银纳米线薄膜具有低至0.4Ωsq-1的薄层电阻，而碳纳米管、ITO和石墨烯在同样透明度下有更大的表面电阻。通过减小银纳米线的直径和增大其长度，可以进一步改善银纳米线薄膜的电学和光学性能，包括提升透光率、电导率和减小薄膜雾度（散射）等。目前，银纳米线的化学方法制备多数基于多元醇方法，这种方法所使用的有机生长溶液增加了银纳米线后处理的复杂性和废物处理的成本。因此，通过环境友好型的制备方法制备银纳米线，以及低成本地制备具有高透明度、低表面电阻、低光散射等优异性能的银纳米线薄膜成为其在触摸显示、电子皮肤、太阳能电池、电磁屏蔽等应用的关键所在。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种长度和直径分别精确可调的超细银纳米线的水相制备方法。本专利技术的目的在于提供一种水相超细银纳米线的制备方法，制备的银纳米线薄膜电极具有高透明度、低表面电阻、低的光散射等优异性能，是作为透明电极，可穿戴设备等应用的良好组件。该制备方法具有制作成本相对ITO较低和制备条件基于水相生长等优点。与现有的制备银纳米线的生长方法相比，本专利技术所述的方法无需任何复杂制备工艺（如光刻、电子束刻蚀及金属蒸镀等），而且在银纳米线生长过程中不使用有机溶剂，不需要对制备过程中有机废液进行处理，因此其成本可以被显著降低。本专利技术采用水相制备，首先将制备不同尺寸的银纤维内核作为银纳米线生长的种子。银纳米线的直径由银纤维内核的腰部宽度决定，其长度由每次生长加入的硝酸银的量和生长次数来控制。由于该方法可以分别实现银纳米线直径和长度的精确调控，因此可实现对其表面等离子共振波长从可见光到近中红外区的精确调控，进而可实现银纳米线基于表面增强红外吸收光谱的多种实际应用。本专利技术提供的技术方案如下：一种尺寸可调的超细银纳米线的水相制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：（1）制备金种子：将氯金酸、十六烷基三甲基氯化铵溶液和柠檬酸混合，搅拌，然后将冰水制备的硼氢化钠溶液加入上述溶液中，完全溶解后将试剂瓶0-200℃,优选80℃，保温0.01-24小时，得到金种子溶液。金种子的制备使用硼氢化钠作为还原剂，柠檬酸作为稳定剂和酸度调节剂。其中氯金酸、十六烷基三甲基氯化铵溶液、柠檬酸和硼氢化钠的物质的量之比为（0.1-10）：（50-2500）：（2-200）：（0.125-25）；如：将0.01-1mL的氯金酸溶液（0.01M）、1-50mL的十六烷基三甲基氯化铵水溶液(0.05M)、0.01-1mL的柠檬酸溶液(0.2M)混合在一个试剂瓶里，并用搅拌器高速搅拌，然后将0.005-1mL的冰水制备的硼氢化钠溶液（0.025M）快速加入搅拌的溶液里，搅拌2分钟后，将试剂瓶放入油浴中，80度油浴加热，并且保温120分钟，之后将试剂瓶取出来，室温保存，得到金种子。（2）制备银纤维内核溶液：将金种子溶液加入银纤维内核生长溶液中，充分混合后，将混合溶液在0-200℃，优选10-150℃，更优选30℃烘箱，保温生长0.1-24小时，得到银纤维内核溶液。该步骤中，通过控制加入的金种子和生长溶液的物质的量比例来调节银纤维内核的尺寸，进而调节控制要制备的银纳米线的直径。所述银纤维内核生长溶液包括有十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸、硝酸银、盐酸和抗坏血酸；其中十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸、硝酸银、盐酸、抗坏血酸的物质的量之比为（5-500）：（0.001-2）：（0.001-0.2）：（0.0001-0.04）：（0.001-0.2）；如：将1μL-200mL步骤（1）制备的金种子加入到银纤维内核的生长溶液中，将其充分混合之后将其放入30℃烘箱中生长1-24小时,得到银纤维内核溶液。其中，所述的生长溶液由下列物质混合而成：5-500mL十六烷基三甲基溴化铵（0.1M）、0.01-20mL的氯金酸(0.01M)、0.01-2mL的硝酸银（0.01M）、0.01-4mL的盐酸(1M)和0.01-2mL的抗坏血酸(0.1M）。（3）银纳米线的生长：银纳米线的生长基于水相生长，其银的生长溶液用十六烷基三甲基氯化铵作为表面活性剂，硝酸银作为银的供给源，抗坏血酸作为还原剂。将银纤维内核溶液加入银的生长溶液中，混合均匀，然后将混合溶液放入气浴恒温振荡器中生长，温度范围为5-60℃，摇床速度设置为10-500转/每分，生长时间为0.5-10小时。所述银生长溶液中十六烷基三甲基氯化铵、硝酸银、抗坏血酸的物质的量之比为（5-500）：（0.1-20）：（1-100）。生长完成后，离心抽走上清液，向离心管底部的银纳米线加入一定量三甲基溴化铵溶液（用量可以根据实际情况确定，浓度范围为0.01M-1M），于10-150℃，优选10-100℃沉积，沉积后除杂得到银纳米线；将得到的纳米银线重复进行上述的生长步骤，通过控制生长次数，控制银纳米线的长度。如：将0.000001μL-100mL步骤（2）中得到的银纤维内核溶液加入银的生长溶液，银的生长溶液由下列物质混合而成：20-100mL的十六烷基三甲基氯化铵（0.08M）、0.1-50mL的硝酸银（0.01M），0.1-50mL的抗坏血酸（0.1M）。将溶液混合均匀后，然后将混合溶液放入气浴恒温振荡器中，温度设置为5-60℃，摇床速度设置为10-500转/每分，生长时间为0.5-24小时；生长完成后，将其混合溶液迅速离心后抽去上清液，留在离心管本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种尺寸可调的超细银纳米线的水相制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：（1）制备金种子：将氯金酸、十六烷基三甲基氯化铵溶液和柠檬酸混合，搅拌，然后将冰水制备的硼氢化钠溶液加入上述溶液中，完全溶解后将试剂瓶在0‑200 ℃保温0.01‑24小时，得到金种子溶液；其中氯金酸、十六烷基三甲基氯化铵溶液、柠檬酸和硼氢化钠的物质的量之比为（0.1‑10）：（50‑2500）：（2‑200）：（0.125‑25）；（2）制备银纤维内核溶液：将金种子溶液加入银纤维内核的生长溶液中，充分混合后，将混合溶液在10‑150 ℃保温生长0.1‑24小时，得到银纤维内核溶液；所述金种子溶液和银纤维内核生长溶液的物质的量比为:0.01‑1000;金核生长溶液包括有十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸、硝酸银、盐酸和抗坏血酸；其中十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸、硝酸银、盐酸、抗坏血酸的物质的量之比为（5‑500）：（0.001‑2）：（0.001‑0.2）：（0.0001‑0.04）：（0.001‑0.2）；（3）银纳米线的生长：将银纤维内核溶液加入银的生长溶液中，混合均匀，然后将混合溶液放入气浴恒温振荡器中生长，温度范围为5‑60℃，摇床速度设置为10‑500 rpm，生长时间为0.5‑10小时;所述银生长溶液包括有十六烷基三甲基氯化铵、硝酸银和抗坏血酸；其中十六烷基三甲基氯化铵、硝酸银、抗坏血酸的物质的量之比为（5‑500）：（0.1‑20）：（1‑100）；生长完成后，离心抽走上清液，向离心管底部的银纳米线加入适量十六烷基三甲基溴化铵溶液于恒温箱中10‑150℃下沉积，沉积后除杂得到银纳米线；将得到的纳米银线重复进行生长步骤，第一次加入银生长溶液的量由原始的银纤维内核溶液的浓度和体积决定，之后加入银生长溶液的量依次减小为上一次溶液量的1/20‑1倍；但是每次所加的硝酸银和抗坏血酸的物质的比为2：1，离心转速也依次减小为原来的1‑1/20倍,经过控制生长次数，从而控制银纳米线的长度。...

【技术特征摘要】
1.一种尺寸可调的超细银纳米线的水相制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：（1）制备金种子：将氯金酸、十六烷基三甲基氯化铵溶液和柠檬酸混合，搅拌，然后将冰水制备的硼氢化钠溶液加入上述溶液中，完全溶解后将试剂瓶在0-200℃保温0.01-24小时，得到金种子溶液；其中氯金酸、十六烷基三甲基氯化铵溶液、柠檬酸和硼氢化钠的物质的量之比为（0.1-10）：（50-2500）：（2-200）：（0.125-25）；（2）制备银纤维内核溶液：将金种子溶液加入银纤维内核的生长溶液中，充分混合后，将混合溶液在10-150℃保温生长0.1-24小时，得到银纤维内核溶液；所述金种子溶液和银纤维内核生长溶液的物质的量比为:0.01-1000;金核生长溶液包括有十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸、硝酸银、盐酸和抗坏血酸；其中十六烷基三甲基溴化铵、氯金酸、硝酸银、盐酸、抗坏血酸的物质的量之比为（5-500）：（0.001-2）：（0.001-0.2）：（0.0001-0.04）：（0.001-0.2）；（3）银纳米线的生长：将银纤维内核溶液加入银的生长溶液中，混合均匀，然后将混合溶液放入气浴恒温振荡器中生长，温度范围为5-60℃，摇床速度设置为10-500rpm，生长时间为0.5-10小时;所述银生长溶液包括有十六烷基三甲基氯化铵、硝酸银和抗坏血酸；其中十六烷基三甲基氯化铵、硝酸银、抗坏血酸的物质的量之比为（5-500）：（0.1-20）：（1-100）；生长完成后，离心抽走上清液，向离心管底部的银纳米线加入适量十六烷基三甲基溴化铵溶液于恒温箱中10-150℃下沉积，沉积后除杂得到银纳米线；将得到的纳米银线重复进行生长步骤，第一次加入银生长溶液的量由原始的银纤维内核溶液的...

【专利技术属性】
技术研发人员：柏效鹏，卓晓璐，李楠楠，王建方，
申请(专利权)人：纳米籽有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港,81