一种多段颈缩的银纳米线结构的拉伸方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种多段颈缩的银纳米线结构的拉伸方法，属于纳米材料操控的技术领域。利用静电纺丝技术将氧化硅包裹的五重孪晶银纳米线结合到具有高弹性的热塑性聚氨酯(TPU)纤维内部，通过宏观作用力对纳米银线进行间接拉伸操控。该方法利用具有较大长径比的一维银纳米线，会在静电纺丝过程中自动沿着平行与纤维的方向进行排列。同时利用纤维高速定向收集装置，得到具有良好取向的负载纤维膜，实现了从纳米尺度的银纳米线到宏观尺度的静电纺丝纤维膜的对准。沿着平行于纤维定向排列的方向，对含有大量的银纳米线静电纺丝薄膜进行拉伸，拉伸后银纳米线出现多段颈缩的极限平衡态。拉伸后银纳米线出现多段颈缩的极限平衡态。拉伸后银纳米线出现多段颈缩的极限平衡态。

【技术实现步骤摘要】
一种多段颈缩的银纳米线结构的拉伸方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种多段颈缩的银纳米线结构的拉伸方法及应用，尤其是一种降低纳米材料机械性能研究门槛的方法，属于操控纳米材料


技术介绍

[0002]纳米材料目前的性能研究主要集中在光电磁等效应，对于机械性能的研究相对较少，但更好的理解材料的机械性能是应用材料的基础。但纳米材料尺寸小且数量众多，这些问题曾经长期阻碍了我们对于金属纳米材料机械性能的研究，也阻碍了金属纳米材料进一步的应用发展。目前已有前沿的工作，借助高精度的原位透射电子显微镜，进行纳米线的拉伸和原位观察，这种研究方法的关键点在于对混杂错乱的纳米线中的一根纳米线两端准确抓取，在保证它不会滑脱的前提下，施加合适大小的力进行缓慢拉伸，这个操作本身就已经是一项科研突破，但一次拉伸一根纳米线并进行观察所获的信息其实是很少的。
[0003]据申请人了解，利用原位透射电子显微镜或者其他拉伸五重孪晶银纳米线的方法中暂未获得过多段颈缩的极限平衡结构，利用静电纺丝纤维膜作为研究纳米线机械性能的工具也未见报道。

技术实现思路

[0004]本专利技术解决的技术问题是：提出一种多段颈缩的银纳米线结构的拉伸方法，可实现对不同直径大小的五重孪晶银纳米线拉伸实现不同的多段颈缩结构。一次拉伸将多根银纳米线拉开，可以更加快速地获得更加可靠的纳米线机械性能的结论。本专利技术的拉伸方法不仅可以将银线拉长至明显的颈缩结构，而且可以获得多段的颈缩，可用作电化学中的催化金属。纳米材料受到小尺寸的限制，难以像宏观材料一样被直接抓取进行拉伸等机械行为的操控。同时操控工具及操控方法的匮乏极大限制了纳米材料力学行为研究。本专利技术以银纳米金属线为例，提出借助纺丝技术将纳米金属线负载在纤维内部，借助纤维的拉伸来简介操控内部的纳米材料。得益于静电纺丝纳米纤维较小的直径，电子显微镜可以有效观察到内部纳米材料形貌变化。同时该拉伸方案下可实现对大量的、不同直径大小形貌的银纳米线进行拉伸，可以快速地获得更加可靠的纳米线拉伸机械性能的统计数据。而银纳米线呈现多段颈缩的状态为拉伸的极限平衡态，这也是首次实现对单根纳米线上的多段颈缩大小进行测量统计。本专利技术的拉伸方法不仅可以将银线拉长至明显的颈缩结构，而且可以获得多段的颈缩，该方法为其他金属纳米材料的拉伸提供了工具和研究平台，具有广泛的应用前景。拉伸后的金属纳米材料暴露出更多晶面，有望用作电化学中的催化金属。
[0005]本专利技术提出的具体技术方案是：一种多段颈缩的银纳米线结构的拉伸方法，具体步骤如下
[0006]步骤(1)：通过控制聚乙烯吡咯烷酮和硝酸银的质量比为1.5:1，并添加微量的卤化物，通过乙二醇在高温下的氧化还原性制备超大长径比的五重孪晶银纳米线；
[0007]步骤(2)：将合成好的五重孪晶银纳米线重新分散在异丙醇溶液中，加入氨水和四
乙氧基硅烷，充分搅拌2h以上，使银纳米线表面沉积上一层氧化硅；
[0008]步骤(3)：将氧化硅包覆银线和热塑性聚氨酯一起溶解在DMF中，室温下充分搅拌12h以上用作静电纺丝液；
[0009]步骤(4)：纺丝流速设定为0.2
‑
0.5mm/min的进给率，电压为5
‑
10kV，利用高速定向滚轮接收纤维，接收时间为2
‑
5h，获得一张长方形AgNW@silica@TPU定向静电纺丝薄膜，通过拉力机平行于纤维排列方向施加拉力，使纤维膜分别拉伸110％、120％、130％、140％，内部AgNW@silica表面出现多段颈缩结构；通过对不同直径大小的五重孪晶银纳米线拉伸实现不同的五重孪晶银纳米线多段颈缩结构。
[0010]优选的，步骤(1)中所述的多元醇一锅法合成超大长径比的银纳米线，具体方法是将0.3g的聚乙烯吡咯烷酮和0.2g的硝酸银分散在50ml的乙二醇中，加入0.1mg(12.5μM)的六水合氯化铁，在室温下搅拌至全部溶解，然后将溶液放置在130℃的油浴中，800rpm搅拌8h；反应完成的银线需要用丙酮清洗两次：第一遍，按丙酮：银线溶液体积比为5:1混合，混合均匀后静置2min后，去除上清液；第二遍，向沉淀中加入3ml的丙酮，摇晃后静置，去除上清液，最后得到的沉淀为待使用的超长银线。
[0011]优选的，步骤(2)中所述的银线表面覆盖一层氧化硅壳层的具体方法为，将400μL AgNWs(4mg/ml,H2O)溶液加入到1ml的异丙醇溶液中，在搅拌状态下加入40μL NH3·
H2O和2μL TEOS，在室温下搅拌2h。
[0012]优选的，步骤(3)中将20mg氧化硅包覆银线和0.33g热塑性聚氨酯一起溶解在1ml DMF中，室温下充分搅拌12h以上用作静电纺丝液。
[0013]优选的，步骤(4)纺丝流速设定为0.45mm/min的进给率，针管容量1.5ml，电压为8.5kV，利用高速定向滚轮接收纤维，接收时间为3h，获得一张5
×
10cm的长方形AgNW@silica@TPU定向静电纺丝薄膜，铝箔衬底，将薄膜修剪成2
×
3.5cm的长方形，长边为纤维平行排列的方向，将纤维膜和衬底一起泡在0.1M的NaOH水溶液中，铝箔衬底受到一定程度腐蚀后，纤维膜可以在不受力的情况下直接从衬底上脱落下来；然后把纤维膜的两个短边用硬胶带固定住，用拉伸仪的夹头将两端夹住，以保证拉伸时纤维膜各处受力均匀。将薄膜拉伸至130％，此时固定纤维膜，可以在扫描电子显微镜下，直接观察到纤维内部AgNW@silica表面出现多段颈缩结构。为了更加清晰的观察内部的银线结构，我们将纤维膜溶解在DMF溶液中，收集内部拉伸后的银线做透射电子显微镜表征。
[0014]优选的，合成步骤如下：
[0015]步骤(1)：将硝酸银和聚乙烯吡咯烷酮以1:1.5的比例溶解在乙二醇，乙二醇：硝酸银质量比为25:1中，并加入0.1mg 12.5μM的六水合氯化铁(六水合氯化铁：硝酸银质量比为1:2000)，合成超大长径比的五重孪晶银纳米线；
[0016]步骤(2)：将合成好的五重孪晶银纳米线重新分散在异丙醇溶液中，其中先将银线以4mg/ml的浓度分散在去离子水中，将银线溶液和异丙醇混合体积比1:2.5，并加入氨水与异丙醇体积比为1:25和四乙氧基硅烷与异丙醇体积比为1:50，室温下充分搅拌2h以上，使银纳米线表面沉积上一层氧化硅；
[0017]步骤(3)：将氧化硅包覆银线20mg分散在1ml浓度为20％热塑性聚氨酯，溶剂为DMF，室温下充分搅拌12h以上用作静电纺丝液；
[0018]步骤(4)：纺丝流速设定为0.45mm/min的进给率，针管容量1.5ml)，电压为8.5kV，
利用高速定向滚轮接收纤维，接收时间为3h，获得一张5cm
×
10cm的长方形AgNW@silica@TPU定向静电纺丝薄膜，通过拉力机平行于纤维排列方向施加拉力，内部AgNW@silica表面出现多段颈缩结构。
[0019]一种研究本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多段颈缩的银纳米线结构的拉伸方法，其特征在于:具体步骤如下步骤(1)：通过控制聚乙烯吡咯烷酮和硝酸银的质量比为1.5:1，并添加微量的卤化物，通过乙二醇在高温下的氧化还原性制备超大长径比的五重孪晶银纳米线；步骤(2)：将合成好的五重孪晶银纳米线重新分散在异丙醇溶液中，加入氨水和四乙氧基硅烷，充分搅拌2h以上，使银纳米线表面沉积上一层氧化硅；步骤(3)：将氧化硅包覆银线和热塑性聚氨酯一起溶解在N
‑
N二甲基甲酰胺(DMF)中，室温下充分搅拌12h以上用作静电纺丝液；步骤(4)：纺丝流速设定为0.2
‑
0.5mm/min的进给率，电压为5
‑
10kV，利用高速定向滚轮接收纤维，接收时间为2
‑
5h，获得一张长方形AgNW@silica@TPU定向静电纺丝薄膜，通过拉力机平行于纤维排列方向施加拉力，使纤维膜分别拉伸110％、120％、130％、140％，内部AgNW@silica表面出现多段颈缩结构；通过对不同直径大小的五重孪晶银纳米线拉伸实现不同的五重孪晶银纳米线多段颈缩结构。2.根据权利要求1所述多段颈缩的银纳米线结构的拉伸方法，其特征在于：步骤(1)中所述的多元醇一锅法合成超大长径比的银纳米线，具体方法是将0.3g的聚乙烯吡咯烷酮(相对分子质量1300000)和0.2g的硝酸银分散在50ml的乙二醇中，加入0.1mg(12.5μM)的六水合氯化铁，在室温下搅拌至全部溶解，然后将溶液放置在130℃的油浴中，800rpm搅拌8h；反应完成的银线需要用丙酮清洗两次：第一遍，按丙酮：银线溶液体积比为5:1混合，混合均匀后静置2min后，去除上清液；第二遍，向沉淀中加入3ml的丙酮，摇晃后静置，去除上清液，最后得到的沉淀为待使用的超长银线。3.根据权利要求1所述多段颈缩的银纳米线结构的拉伸方法，其特征在于：步骤(2)中所述的银线表面覆盖一层氧化硅壳层的具体方法为，将400μL AgNWs(4mg/ml,H2O)溶液加入到1ml的异丙醇溶液中，在搅拌状态下加入40μL NH3·
H2O和2μL TEOS，在室温下搅拌2h。4.根据权利要求1所述多段颈缩的银纳米线结构的拉伸方法，其特征在于：步骤(3)中将20mg氧化硅包覆银线和0.33g热塑性聚氨酯一起溶解在1ml DMF中，室温下充分搅拌12h以上用作静电纺丝液。5.根据权利要求1所述多段颈缩的银纳米线结构的拉伸方法，其特征在于：步骤(4)纺丝流速设定为0.45mm/min的进给率，针管容量1.5ml，电压为8.5kV，利用...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘雪洋，黄洁，何广宇，陈虹宇，
申请(专利权)人：南京工业大学，
类型：发明
国别省市：