一种基于电化学沉积的纳米铜线的制备方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种基于电化学沉积的纳米铜线的制备方法。
【背景技术】
[0002]透明导电材料是平板电视、电子书、智能手机、光伏、有机光伏、触摸屏领域的关键材料，这些领域目前最常用的透明导电材料是ITO(氧化铟锡)、导电高分子材料等。ITO材料中的铟在地壳中含量稀少，难以支撑未来相关领域对于ITO材料日益增长的需求;高分子导电材料的电阻率则较高，其用途受到很大的限制。目前产业界和科技界研究了多种可以替代ITO材料的技术，例如碳纳米管、石墨烯、金属网格、纳米银线技术，这些技术中最具有潜力的是纳米银线技术。然而银是贵金属，与金属铟一样在地壳中的含量很低。而金属铜在地壳中含量高，且化学稳定性好，基于纳米铜线的透明导电薄膜材料不仅电阻率低，而且具有良好的透光性，未来有望取代传统的ITO和高分子导电材料。
[0003]专利CN201310719240.2公开了一种采用湿化学法制备纳米铜线的方法，该专利采用水溶性铜盐作为纳米铜线前体，采用还原剂将相应的铜盐还原并生长为纳米铜线。然而现有的湿化学法制备工艺中采用还原剂对铜前体进行还原，并需要包覆剂控制纳米铜线的形貌，整个制备过程中稍有不慎便会产生大量的纳米铜颗粒，导致纳米铜线的产率大幅降低，甚至无法制得纳米铜线。而且为了确保纳米铜线的导电率，最终制得的纳米铜线需要经过多次洗涤以去除包裹在其表面的包覆剂，整个过程极为耗时。
【发明内容】
[0004]有鉴于此，有必要针对上述的问题，提供一种可以完全消除纳米铜颗粒的产生，而且不需要任何有机包裹剂，最终制得的纳米铜线较为纯粹的基于电化学沉积的纳米铜线制备方法。
[0005]为实现上述目的，本发明采取以下的技术方案:
[0006]—种基于电化学沉积的纳米铜线的制备方法，包括:
[0007]步骤I将铜盐溶解于水中制成溶液，并添加稀酸将溶液pH值调至2-5;
[0008]步骤2将单面镀有金属的多孔高分子或树脂置于经步骤I得到的溶液中作为阴极，纯铜片或纯铜丝作为阳极，阴阳两极连接一个电压可控的电源，形成电位差，并进行电沉积过程；
[0009]步骤3将经步骤2沉积完毕的多孔高分子或者树脂材料取出，采用溶剂溶解掉其中的高分子或者树脂便获得直径均匀的纳米铜线。
[0010]进一步的，步骤I中所述的铜盐为氯化铜、硫酸铜、硝酸铜、柠檬酸铜、醋酸铜中的至少一种，铜盐的摩尔浓度为0.1-lmol/L。
[0011 ]进一步的，所述的稀酸为稀硫酸或稀盐酸。
[0012]进一步的，步骤2中所述的多孔高分子或者树脂为聚碳酸酯、聚苯氧树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、PET中的一种。
[0013]进一步的，步骤2中所述的沉积时间为1-10分钟。
[0014]进一步的，步骤2中所述的电位差为-600毫伏?-200毫伏。
[0015]进一步的，步骤3中所述的溶剂为二氯甲烷、四氯甲烷、氯仿或者丙酮。
[0016]本发明的有益效果为:
[0017]本发明将单面镀有金属的多孔高分子或者树脂材料作为阴极置于水溶性铜盐中，采用纯铜作为阳极，使用一个电源控制阴阳极之间的电位差，实现二价铜离子在高分子或树脂的孔道中实现电化学沉积形成纳米铜线，将含有纳米铜线的高分子或树脂用有机溶剂溶解掉，最终获得较为纯粹的纳米铜线。本发明通过选择具有特定孔径分布的多孔材料确保获得直径分布比较均匀的纳米铜线，由于采用电化学沉积方法整个制备过程快速可控，并且制得的纳米铜线中不含有任何纳米铜颗粒。
【附图说明】
[0018]图1为本发明单面镀金属的多孔高分子或树脂材料结构示意图。
[0019]图2为本发明电沉积过程装置示意图。
【具体实施方式】
[0020]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明的技术方案作进一步清楚、完整地描述。需要说明的是，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0021 ]实施例
[0022 ]本发明的一种基于电化学沉积的纳米铜线的制备方法，包括:
[0023]步骤I将铜盐溶解于水中制成溶液，并添加稀酸将溶液pH值调至2-5;
[0024]步骤2将单面镀有金属的多孔高分子或树脂置于经步骤I得到的溶液中作为阴极，纯铜片或纯铜丝作为阳极，阴阳两极连接一个电压可控的电源，形成电位差，并进行电沉积过程；
[0025]步骤3将经步骤2沉积完毕的多孔高分子或者树脂材料取出，采用溶剂溶解掉其中的高分子或者树脂便获得直径均匀的纳米铜线。
[0026]作为优选的，步骤I中所述的铜盐为氯化铜、硫酸铜、硝酸铜、柠檬酸铜、醋酸铜中的至少一种，铜盐的摩尔浓度为0.1-lmol/L;所述的稀酸为稀硫酸或稀盐酸。
[0027]作为优选的，步骤2中所述的多孔高分子或者树脂为聚碳酸酯、聚苯氧树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、PET中的一种。所述的电位差在-600毫伏?-200毫伏，电沉积过程中的沉积时间为1-10分钟。
[0028]本发明选用单面镀有金属的多孔高分子或树脂材料的厚度为5-50微米，孔径大小约为50nm，孔的数密度为8 X 1Vcm2。采用真空蒸镀的方法在多孔高分子或树脂表面沉积金属薄层，所述金属薄层使用的金属包括金、铂、银、钯、铜等，金属薄层的厚度约为100纳米。
[0029]作为优选的，步骤3中所述的溶剂为二氯甲烷、四氯甲烷、氯仿或者丙酮。电沉积完毕后将多孔材料取出，采用砂纸将阴极表面的金属层磨掉，然后使用溶剂将多孔材料溶解便获得粒径均匀的纳米铜线。
[0030]本发明提供的电化学沉积结合模板的纳米铜线制备方法，高效快速，而且制得的纳米铜线直径分布均匀。
[0031]以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
【主权项】
1.一种基于电化学沉积的纳米铜线的制备方法，其特征在于，包括: 步骤I将铜盐溶解于水中制成溶液，并添加稀酸将溶液PH值调至2-5; 步骤2将单面镀有金属的多孔高分子或树脂置于经步骤I得到的溶液中作为阴极，纯铜片或纯铜丝作为阳极，阴阳两极连接一个电压可控的电源，形成电位差，并进行电沉积过程； 步骤3将经步骤2沉积完毕的多孔高分子或者树脂材料取出，采用溶剂溶解掉其中的高分子或者树脂便获得直径均匀的纳米铜线。2.根据权利要求1所述的基于电化学沉积的纳米铜线的制备方法，其特征在于，步骤I中所述的铜盐为氯化铜、硫酸铜、硝酸铜、柠檬酸铜、醋酸铜中的至少一种，铜盐的摩尔浓度为0.1-lmol/Lo3.根据权利要求1所述的基于电化学沉积的纳米铜线的制备方法，其特征在于，所述的稀酸为稀硫酸或稀盐酸。4.根据权利要求1所述的基于电化学沉积的纳米铜线的制备方法，其特征在于，步骤2中所述的多孔高分子或者树脂为聚碳酸酯、聚苯氧树脂、聚乙烯、聚丙烯、聚酰亚胺、PET中的一种。5.根据权利要求1所述的基于电化学沉积的纳米铜线的制备方法，其特征在于，步骤2中所述的沉积时间为1-10分钟。6.根据权利要求1所述的基于电化学沉积的纳米铜线的制备方法，其特征在于，步骤2中所述的电位差为-600毫伏?-200毫伏。7.根据权利要求1所述的基于电化学沉积的纳米铜线的制备方法，其特征在于，步骤3中所述的溶剂为二氯甲烷、四氯甲烷、氯仿或者丙酮。
【专利摘要】本发明涉及纳米材料技术领域，具体涉及一种基于电化学沉积的纳米铜线的制备方法，包括：将铜盐溶解于水中制成溶液，并添加稀酸将溶液pH值调至2-5；将单面镀有金属的多孔高分子或树脂置于铜盐的酸性溶液得到的溶液中作为阴极，纯铜片或纯铜丝作为阳极，阴阳两极连接一个电压可控的电源，形成电位差，并进行电沉积过程；将经沉积完毕的多孔高分子或者树脂材料取出，采用溶剂溶解掉其中的高分子或者树脂便获得直径均匀的纳米铜线。本发明采用电化学沉积方法整个制备过程快速可控，并且制得的纳米铜线中不含有任何纳米铜颗粒，且纳米铜线直径分布比较均匀。
【IPC分类】C25D3/38, C25D5/54
【公开号】CN105506682
【申请号】CN201610040962
【发明人】王文韬, 廖景文, 马海翔, 毕晓峰, 王慰
【申请人】广州中国科学院先进技术研究所
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年1月21日