一种铜纳米线的制备方法与流程

本发明涉及纳米材料的制备技术领域，尤其涉及一种铜纳米线的制备方法。

背景技术：

一维金属材料因其独特的光学、电学、热力学、机械和催化性能而在现代纳米科学和纳米技术中占据着重要的位置，但是高昂的制造成本和不稳定的特性成为其在实际应用中的一个主要瓶颈。铜元素作为地球上的高丰富廉价元素，是一维金属材料中非常理想的商业化选项。因此，发展能应用于未来低成本纳米材料和纳米器件的高单分散性、良好稳定性以及耐氧性的一维铜纳米线的需求是非常紧迫的。

铜纳米线的制备方法主要为溶剂相合成法、气相沉积法及模板诱导电沉积法。现阶段，气相沉积法和模板诱导电沉积法还不足以实现产业化，而溶剂相合成法制备的铜纳米线则需要在产量和质量之间进行抉择，高产量合成方法制备的纳米线往往质量很差；而高质量制备方法得到的纳米线却经常受限于低的产率和产量。

技术实现要素：

本发明解决的技术问题在于提供一种铜纳米线的制备方法，本申请提供的方法可宏量制备高质量的铜纳米线。

有鉴于此，本申请提供了一种铜纳米线的制备方法，包括以下步骤：

a)，将铜源、葡萄糖、高级脂肪胺和水混合，得到混合乳液；

b)，将所述混合乳液加热后反应，得到第一阶段产物；

c)，将所述第一阶段产物加热后反应，得到铜纳米线；

步骤b)中所述反应的温度为50～90℃，步骤c)中所述反应的温度为80～150℃，且步骤b)的反应温度低于步骤c)的反应温度。

优选的，步骤b)中所述反应的温度为65～80℃，步骤c)中所述反应的温度为90～120℃。

优选的，步骤b)中，所述反应的时间为12～48h；步骤c)中，所述反应的时间为12～48h。

优选的，所述铜源与所述葡萄糖的摩尔比为(1～3)：1，所述铜源与高级脂肪胺的摩尔比为(1～5)：1，所述铜源与水的摩尔比为(1～5)：1。

优选的，所述混合的温度为20～50℃。

优选的，步骤c)中，所述加热在搅拌条件下进行，所述搅拌的速度为0～250转/min。

优选的，所述铜源选自二水合氯化铜、硝酸铜或无水氯化铜；所述高级脂肪胺为十六胺、十八胺和油胺中的一种。

优选的，步骤c)中，所述反应后还包括：

将得到的反应液离心分离。

优选的，所述离心分离的转速为1000～5000转/min。

本申请提供了一种铜纳米线的制备方法，该方法首先将原料铜源、高级脂肪胺、葡萄糖与水混合，得到混合乳液，将混合乳液加热后反应，得到第一阶段产物，将所述第一阶段产物加热后反应，得到铜纳米线；本申请利用分步反应的手段，使大部分铜离子先转化为铜纳米点，再在铜纳米点的基础上完成后续反应，从而使铜纳米线的产率得到了提升。试验结果表明，本申请提供的铜纳米线的制备方法可一次性制备50g铜纳米线，且铜纳米线线径均匀，长度几十微米，长径比可达700～1000。

附图说明

图1为本发明实施例1制备的铜纳米线的扫描电子显微镜照片；

图2为本发明实施例2制备的铜纳米线的透射电子显微镜照片；

图3为本发明实施例3制备的铜纳米线的透射电子显微镜照片；

图4为本发明制备得到的在大容量玻璃反应釜中的铜纳米线原液。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本发明实施例公开了一种铜纳米线的制备方法，包括以下步骤：

a)，将铜源、葡萄糖、高级脂肪胺和水混合，得到混合乳液；

b)，将所述混合乳液加热后反应，得到第一阶段产物；

c)，将所述第一阶段产物加热后反应，得到铜纳米线；

步骤b)中所述反应的温度为50～90℃，步骤c)中所述反应的温度为80～150℃，且步骤b)的反应温度低于步骤c)的反应温度。

本申请提供了一种铜纳米线的制备方法，该方法能够一次合成宏量的铜纳米线，且质量较高。

具体的，本申请首先将原料混合，即将铜源、葡萄糖、高级脂肪胺与水混合，得到混合乳液；此过程中，所述铜源优选为二水合氯化铜、硝酸铜或无水氯化铜，在某些具体实施例中，所述铜源优选为二水合氯化铜；所述高级脂肪胺优选为十六胺、十八胺或油胺，在某些实施例中，所述高级脂肪胺为十六胺。所述铜源与葡萄糖的摩尔比为(1～3)：1，在某些实施例中，所述铜源与葡萄糖的摩尔比为(1～2)：1。所述铜源与所述高级脂肪胺的摩尔比为(1～5)：1，在某些实施例中，所述铜源与所述高级脂肪胺的摩尔比(2～5)：1。所述铜源与水的摩尔比为(1～5)：1，在某些实施例中，所述铜源与所述水的摩尔比为(2～5)：1。为了使原料混合均匀，所述混合优选采用搅拌分散的方式进行，所述混合的温度优选为20～50℃。

在原料混合之后，本申请将混合乳液加热升温至一个较低温度反应一段时间后，得到第一阶段产物。此过程中，所述反应的温度为50～90℃，在某些实施例中，所述反应的温度为65～80℃，具体的，所述反应的温度可为65℃、70℃、75℃或80℃。所述反应的时间优选为12～48h，在某些实施例中，所述反应的时间为24～36h。

在第一次反应之后，本申请将得到的第一阶段产物加热后反应，所述反应的温度为80～150℃，在某些实施例中，所述反应的温度为90～120℃，具体的，所述反应的温度为100℃、110℃、95℃或120℃。所述反应的时间为12～48h，在某些实施例中，所述反应的时间为24h～36h。本申请将传统的铜纳米线的制备分步进行反应，此过程中，85％以上的铜离子首先被还原为5nm的铜纳米点，然后再在铜纳米点的基础上完成后续反应，得到了铜纳米线，使其产率得到提高，至少提升了1.6倍。在上述过程中，若得到第一阶段产物的反应温度过低，则铜纳米点的转化不充分，反应温度过高，则得不到铜纳米点。若反应的时间过长，则导致铜纳米点继续生长，最终影响铜纳米线的产率。

本申请最后优选将得到的反应液进行离心分离，以除去多余的高级脂肪胺和部分副产物，得到包括有铜纳米线的铜纳米线原液。所述离心分离的转速为1000～5000转/min，在某些具体实施例中，所述离心分离的转速为2000～4000转/min。

本发明提供的铜纳米线的制备方法可一次性制备50g高质量铜纳米线，其制备产量是现有技术中最大的，并且本发明的分步搅拌合成技术相对于一步合成或者不搅拌合成的产率有大幅度的提升。进一步的，由于本发明使用的是类似工业反应釜的反应器，因而很容易应用于工业化规模的大量生产。实验结果表明，本发明制备的铜纳米线线径均匀，长度几十微米，长径比700～1000，具有非常好的应用潜力。

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明提供的铜纳米线的制备方法进行详细说明，本发明的保护范围不受以下实施例的限制。

实施例1

在50℃循环油浴下，在50l玻璃反应釜中将342g二水合氯化铜、792g葡萄糖与2.7kg十六胺搅拌分散于40l去离子水中，得到的乳液分散后升温至75℃反应24h，然后再升温至120℃150rpm搅拌反应24h，最后2000rpm离心，收集得到50g铜纳米线产物。

实施例2

在50℃循环油浴下，在50l玻璃反应釜中将342g二水合氯化铜、396g葡萄糖与2.16kg十六胺搅拌分散于40l去离子水中，得到的乳液分散后升温至70℃反应24h，然后再升温至100℃150rpm搅拌反应24h，最后2000rpm离心，收集得到50g铜纳米线产物。

实施例3

在50℃循环油浴下，在50l玻璃反应釜中将85.5g二水合氯化铜、99g葡萄糖与0.54kg十六胺搅拌分散于40l去离子水中，得到的乳液分散后升温至65℃反应24h，然后再升温至110℃150rpm搅拌反应36h，最后2000rpm离心收集得到20g铜纳米线产物。

图1为本发明实施例1制备的铜纳米线的扫描电子显微镜照片；图2为本发明实施例2制备的铜纳米线的透射电子显微镜照片；图3为本发明实施例3制备的铜纳米线的透射电子显微镜照片；图4为本发明制备得到的在大容量玻璃反应釜中的铜纳米线原液。由图1～图3可知，本发明制备的铜纳米线线径均匀、长度几十微米，长径比可达700～1000；由图4可以看出，由于使用类似工业反应釜的反应器，因而很容易扩大规模，应用于工业化规模的大量生产。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。