一种通过振荡和沉降提纯银纳米线的方法与流程

本发明属于银纳米线提纯技术领域；具体涉及一种通过振荡和沉降提纯银纳米线的方法。

背景技术：

近年来，柔性电子器件得到广泛关注，而基于导电纳米材料的电极是高性能柔性电子器件最重要的部件之一。银纳米线因其极高的导电性和柔韧性、较好的稳定性和较低的成本成为最有前景的柔性电极材料之一。

多元醇法由于产物结构可控、产量高、成本低等优势，成为目前制备银纳米线的主要方法。由于合成过程中形成一些无法生长为纳米线的晶核，以及可能残留的一些未完全反应的卤化银颗粒，使产物中必然存在纳米或亚微米颗粒以及不规则纳米片、粗短的纳米棒等。传统的提纯方法是多步离心清洗，但这种方法对颗粒等杂质的分离效果不够好。而采用滤膜过滤的方法效率很低，条件也不易控制。

专利cn201510690210.2公开了一种在银纳米线的水溶液中加丙酮后静置使纳米线团聚，从而使颗粒与纳米线分离的方法。但此方法需要消耗大量丙酮，成本较高，且需要长时间静置，例如该专利实施例中，20mg银纳米线分散在10ml含聚乙烯吡咯烷酮(pvp)的水溶液中，需要经过4次提纯，共需160ml丙酮，静置总时间为40min，耗时较多。专利cn201610538533.4公开了一种在银纳米线的水溶液中加入乙酸乙酯后静置使纳米线团聚而提纯的方法，但此方法步骤较多，操作较为繁琐，试剂消耗量也较多，例如该专利实施例中，对20ml银纳米线母液，需经过5次提纯操作，共需60ml含pvp的乙醇溶液和70ml乙酸乙酯。文献(mayoussec,cellec,moreaue,etal.improvementsinpurificationofsilvernanowiresbydecantationandfabricationofflexibletransparentelectrodes.applicationtocapacitivetouchsensors[j].nanotechnology,2013,24(21):215501.)中报导了通过将银纳米线母液自然静置使纳米线沉降而分离杂质颗粒的方法，该方法操作简单，成本低廉，但静置时间长达2天，显著延长了处理周期。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种提纯效果好、试剂消耗少、处理周期短，且有效降低了成本的提纯银纳米线的方法。

本发明中一种通过振荡和沉降提纯银纳米线的方法是按下述步骤完成的：

步骤一、向采用多元醇法制备的银纳米线母液中加入丙酮，振荡，去除上层溶液；

步骤二、然后加入蒸馏水，振荡至纳米线完全分散，再加入丙酮，振荡，去除上层溶液；

步骤三、若上层溶液浑浊，重复步骤二的操作至上层溶液完全澄清透明，去除上层溶液，即完成银纳米线的提纯；将步骤三处理后的银纳米线均匀分散在无水乙醇中保存。

进一步限定，步骤一所述银纳米线母液中的固含量为1-10mg/ml，按丙酮与银纳米线母液的体积比为(3-4):1的配比加入丙酮；步骤二加入的蒸馏水与第一步中母液的体积比为(1-2):3，加入的丙酮与蒸馏水的体积比为(2.5-4):1。

步骤一和步骤二所述加入丙酮后的振荡时间均为15-25s，优选为20s。

步骤三中所述蒸馏水与丙酮用量与步骤二的用量相同或者比步骤二的用量少。

步骤一或步骤二的采用混匀仪进行振荡操作，其振荡速率高于500转/分钟；也可以采用手工操作。

步骤一所述银纳米线母液中银纳米线的平均直径为20-200nm，平均长度为10-100μm。

本发明加入丙酮后振荡，目的是使银纳米线立即团聚而沉降，颗粒等杂质被留存在上层溶液，去除上层溶液达到提纯的目的。步骤一、二中加入丙酮后振荡的目的是使纳米线尽快团聚而沉降，由此减少丙酮用量及避免静置时间，如果沉降不彻底，将影响杂质分离效果，并在去除上层溶液过程中造成纳米线的损失，因此这两步中，振荡后纳米线沉降后才去除上层溶液。

本发明步骤二加入蒸馏水后振荡目的是使沉降的银纳米线重新分散，再加入丙酮，振荡，使纳米线再次团聚而沉降，达到进一步提纯的目的。步骤二中加入蒸馏水后部分纳米线仍处于团聚状态，颗粒等杂质可能夹杂在沉淀的纳米线中，将影响提纯效果，加入蒸馏水后振荡，是为了将纳米线充分分散在在水中后才加入丙酮，否则将影响提纯效果。

本发明加入丙酮并振荡使银纳米线团聚而选择性沉淀，从而使纳米线与颗粒等杂质分离，提纯效果好，操作简单。

本发明采用加丙酮并振荡的方法，可以使银纳米线立即沉降，无需静置，从而逐步分离银纳米线溶液中含有的颗粒等杂质，与现有专利所述的自然沉降方法相比，显著减少了丙酮的消耗量，减少量高达80％，并且缩短了提纯时间，具有显著的成本优势。

附图说明

图1为本发明实施例1中银纳米线提纯前的扫描电镜照片；

图2为本发明实施例1中银纳米线提纯后的扫描电镜照片；

图3为本发明实施例2中银纳米线提纯前的扫描电镜照片；

图4为本发明实施例2中银纳米线提纯后的扫描电镜照片。

具体实施方式

下面结合具体实施例，对本发明进行进一步阐述。需要说明的是，以下各实施例仅用于说明本发明的实施方法，而不用于限定本发明所述的操作和参数范围，由此引申出的变化，仍处于本发明权利要求的保护范围内。

实施例1：按照多元醇法制备银纳米线，操作如下：首先配制溶液，包括a(cucl2溶于乙二醇(eg)中，cl^-浓度为1mm)，b(190mgpvp溶于15mleg，其中pvp分子量为1,300,000)，c(240mgagno3溶于15mleg)。将3.17ml溶液a加入46.8mleg中，预热到170℃，加入15ml溶液b，加热到170℃，60min内将15ml溶液c均匀滴加到上述溶液中，并在170℃继续保温20min，在空气中冷却，得到银纳米线母液。母液中的固含量约1.9mg/ml。图1是未经提纯的纳米线扫描电镜照片，纳米线长度在0-220μm之间。除了纳米线之外，产物中还包含较多纳米颗粒。按照如下步骤进行提纯：

步骤一、取3ml母液，向其中加入9ml丙酮，使用混匀仪以2000转/分钟的速率振荡20秒，银纳米线完全团聚而沉降，去除上层悬浊液；

步骤二，向步骤一的沉降物中加入2ml蒸馏水，振荡，使纳米线充分分散在蒸馏水中，加入6ml丙酮，使用混匀仪以2000转/分钟的速率振荡20秒，银纳米线完全团聚而沉降，这时上层液体已经变成澄清透明，将其去除；完成提纯操作；

向提纯后的银纳米线中加入3ml乙醇，振荡，使纳米线充分分散在乙醇中，得到银纳米线分散液，保存。

图2是提纯后的纳米线扫描电镜照片，可见大多数颗粒杂质都已经被清除掉，纳米线纯度得到明显提高。

实施例2：按照多元醇法制备银纳米线，操作如下：首先配制溶液，溶剂均为eg，包括a(kbr溶液，浓度为2mm)，b(pvp溶液，浓度为300mm，其中pvp分子量为1,300,000)，c(agno3溶液，浓度为300mm)。在烧瓶中依次加入12.008mleg，2.116ml溶液a，3.526ml溶液b，2.351ml溶液c，搅拌30min后放入预热的油浴中加热到150℃，在无搅拌情况下保温3h，在空气中冷却，得到银纳米线母液。母液中的固含量约3.8mg/ml。图3是未经提纯的纳米线扫描电镜照片，纳米线长度在0-80μm之间。除了纳米线之外，产物中还包含较多粗短的纳米棒、亚微米和微米颗粒。按照如下方法进行提纯：

步骤一、取6ml母液，向其中加入18ml丙酮，使用混匀仪以2000转/分钟的速率振荡20秒，银纳米线完全团聚而沉降，去除上层悬浊液；

步骤二、向第一步沉降物中加入4ml蒸馏水，振荡，使纳米线充分分散在蒸馏水中，加入10ml丙酮，使用混匀仪以2000转/分钟的速率振荡20秒，纳米线完全团聚而沉降，去除上层悬浊液；

步骤三、重复步骤二的操作1次，这时上层液体已经变成澄清透明，将其去除，剩余提纯后的银纳米线，完成提纯操作；

向提纯后的银纳米线中加入6ml乙醇，振荡，使纳米线充分分散在乙醇中，得到银纳米线分散液，保存。

图4是提纯后的纳米线扫描电镜照片，可见大多数颗粒和纳米棒杂质都已经被清除掉，纳米线纯度得到明显提高。

以上两实施例中，单位重量银纳米线所用丙酮体积分别为专利cn201510690210.2所公开的实施例中所用丙酮的33％和20％，且避免了静置时间，具有显著的成本优势。