一种对多元醇法制备的银纳米线的纯化方法

本发明属于材料工程，具体来说是一种对多元醇法制备的银纳米线的纯化方法。

背景技术：

1、一维金属纳米线在导电、电化学、光学等各种领域有着重要的应用前景。银纳米线具有优良的导电性能、高的光学透光率和良好的机械柔性，被广泛认为是一种很有前途的制备透明导电膜、导电浆料等的候选材料。在银纳米线的各种制备方法中，多元醇化学液相合成制备方法目前能够大规模、低成本、简便可控的制备出液相分散性良好的银纳米线。多元醇法制备的银纳米线直径均匀、长径比高、尺寸可控，目前已经可以在工业上规模化量产。

2、利用多元醇法合成制备的银纳米线原液需要通过清洗处理，清除掉溶液中各种化学反应成分，避免溶液中的氯离子、钠离子、硝酸根离子腐蚀银纳米线，并影响后续纳米线的使用。此外由于多元醇合成方法自身制备特点，获得的银纳米线原液中的固态成分除了银纳米线之外，还有大纳米颗粒、小纳米颗粒、以及短的纳米棒等杂质成分。大纳米颗粒是未参与反应降解掉的agcl或者agbr，小纳米颗粒是没有长成银纳米线的银种子，以及另外一些比较短的银纳米棒。在多元醇法制备的银纳米线固态物质中，这些杂质成分的体积占到了10％到20％。这些杂质成分对银纳米线的后续应用性能有极大的影响，例如当银纳米线用于制备透明导电膜时，极少量的纳米颗粒都会对透明导电膜的透光性和雾度造成显著的降低。

3、对于多元醇法制备的银纳米线的纯化，一直是银纳米线应用技术领域的难点。人们所用的技术途径主要有三种，分别是离心法、过滤法、沉降法。离心法是对液相中纳米材料清洗和纯化所使用的常规方法，但是在银纳米线的纯化过程中，离心法存在两个方面的缺点，一方面离心会导致纳米线团聚，难以分散；另外一方面纳米线会将颗粒缠绕进离心沉淀物中，导致纯化不彻底。过滤法包括正压法和抽滤法两种方式，不管那种方式，都存在效率低下，容易堵塞，且压力过大时，导致形成滤饼的银纳米线难以分散。沉降法是利用银纳米线在丙酮中难以分散的特点，通过丙酮的加入使银纳米线沉降分离，但是存在的问题是丙酮用量大，耗时长，沉降物中还存在少量的颗粒和短棒，纯化不彻底等。

4、人们为了克服离心法、过滤法、沉降法等在纯化银纳米线中存在的问题，发展了各种办法，如震荡过滤法，在过滤中为了避免虑孔堵塞，以及银纳米线的板结，在过滤中加入震荡作用；再比如震荡沉降法，在丙酮沉降体系中加入震荡作用，避免银纳米线在沉降过程中将颗粒包裹缠绕进沉降物中，等等。虽然人们发展的各种方法对于银纳米线纯化中存在的问题有一定程度的解决，但是依然存在纯化过程耗时长，纯化不彻底，纯化后的银纳米线难以分散等问题。

技术实现思路

1、针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种对多元醇法制备的银纳米线的纯化方法，基于现有技术的技术缺陷，本发明采用离心法与沉降法结合，目的在于缩短银纳米线的纯化时间、以及提升银纳米线的纯化品质。

2、为了实现上述目的，本技术采用的技术方案为：

3、一种对多元醇法制备的银纳米线的纯化方法，包括如下步骤：

4、将多元醇法制备的银纳米线原液震荡混合均匀，然后于3500-4500rmp下离心10-20min，得上清液和沉淀i；

5、取上清液并震荡混合均匀，然后于3700-4500rmp下离心10-20min，离心后去除上清液，得沉淀ii；

6、将沉淀i、沉淀ii共同分散在聚乙烯吡咯烷酮溶液中，得到银纳米线混合溶液，向银纳米线混合溶液中滴加丙酮，当开始出现絮状物时，停止滴加并静置，得到沉淀iii；

7、将沉淀iii重新分散在聚乙烯吡咯烷酮溶液中，再向其中滴加丙酮，当开始出现絮状物时，停止滴加并静置，得到的沉淀物为纯化好的银纳米线；即重复上述丙酮沉降步骤一次，不然纯化的效果不太好。

8、优选的，所述多元醇法制备的银纳米线原液中，银纳米线的直径为15-80nm，具体针对不同直径的纳米线就有最佳范围的离心转速以及时间。

9、优选的，对于直径为50-80nm的银纳米线，银纳米线原液的离心转速为3500-3800rpm，时间为10-15min；

10、对于直径为30-50nm的银纳米线，银纳米线原液的离心转速为3700-4000rpm，时间为12-17min；

11、对于直径为15-30nm的银纳米线，银纳米线原液的离心转速为3900-4500rpm，时间为15-20min。

12、优选的，对于直径为50-80nm的银纳米线，上清液的离心转速为3700-4100rpm，时间为10-15min；

13、对于直径为30-50nm的银纳米线，上清液的离心转速为3900-4200rpm，时间为12-17min；

14、对于直径为15-30nm的银纳米线，上清液的离心转速为4200-4500rpm，时间为15-20min。

15、优选的，震荡混合的速度均为100-200rpm。

16、优选的，所述聚乙烯吡咯烷酮溶液的质量百分比为0.3-0.8wt％，且聚乙烯吡咯烷酮溶液的分子量为30000-80000。

17、优选的，沉淀i、沉淀ii、沉淀iii于聚乙烯吡咯烷酮溶液中的分散均为摇床混合，混合时间为10-30min。

18、优选的，静置至银纳米线完全沉降，静置的时间为5-15min。

19、优选的，将纯化好的银纳米线分散在水或者酒精中。

20、与现有技术相比，本技术的有益效果在于：

21、1、针对多元醇法制备的银纳米线原液中含有反应的前驱体、表面活性剂、大颗粒、小颗粒、短棒等成分，将大颗粒、小颗粒、以及短棒等杂质物质去除，获得纯的银纳米线，一直是银纳米线应用的难题；于本发明中，本发明首先利用较低的离心速度，将一部分银纳米线离心分离出来，由于采用了较低的离心速度，银纳米线不会团聚的太厉害导致难以重新分散；然后再用稍微高一些的离心速度将上清液中剩余的一部分银纳米线分离出来，在离心过程中，由于银纳米线的团聚，会将部分大颗粒和小颗粒包裹进沉淀物中，因此通过离心法获得的银纳米线中还含有一些纳米颗粒，只是纳米颗粒的含量得到了显著降低；

22、将离心分离得到的银纳米线分散到聚乙烯吡咯烷酮(pvp)水溶液中，银纳米线的表面是银的(100)晶面，银的纳米颗粒以及短棒主要是银的(111)晶面，pvp倾向于致密的吸附在银(100)表面上，而在银纳米颗粒、短棒、以及大的agbr或agcl表面吸附很少；

23、pvp在丙酮中溶解度很低，当离心纯化后的银纳米线分散到pvp水溶液中，银纳米线表面会包裹致密的pvp分子，当向溶液中滴加丙酮时，包裹有pvp分子的银纳米线就会在溶液中团聚，进而沉降；而表面pvp含量较少的纳米颗粒和纳米棒等杂质成分则不会团聚和沉降，仍然稳定的分散在上清液中，把上清液去除后，剩下的银纳米线中纳米颗粒和短棒的含量就会显著减少；

24、由于银纳米线在团聚过程中，还会把少量的纳米颗粒包裹进沉降物中，因此需要用沉降法纯化银纳米线两次。

25、2、现有技术中单纯用离心法或者单纯用沉降法，单纯用离心法时，多次离心会导致纳米线团聚难以分散。本专利克服难以分散问题的途径有：a、通过离心法和丙酮沉降相结合的办法，大幅度减少了离心次数，降低了纳米线团聚的几率；b、低速离心上清液，避免了直接用高离心速度导致的易分离纳米线的团聚；c、在丙酮沉降前加入了pvp表面活性剂，补充银纳米线表面包覆的pvp，有效阻隔纳米线在沉降中的团聚。

26、3、现有技术中单纯采用离心法或者单纯采用沉降法进行银纳米线的提纯，都难以做到良好的纯化效果，而且耗费时间更长。如果单纯用离心法，离心一次或者两次，很难将纳米颗粒去除干净，离心次数增加，纳米线就会团聚，纳米线互相缠绕在一起，很难分散。如果单纯用沉降法，由于纳米颗粒含量较多，每次沉降法能够去除掉的纳米颗粒较少，即便沉降5次，依然难以获得很好的纯化效果，且每次沉降纯化会损失部分银纳米线，而且耗费大量的丙酮，沉降过程耗时也非常长；与现有技术相比，本技术采用离心法与沉降法结合，使得纯化后的银纳米线品质最佳。