用于制备银纳米线的方法
【专利说明】用于制备银纳米线的方法
[0001]背景
[0002]银纳米线(AgNW，10-200的长宽比)通过银离子的一般制备是已知的。参见例如Y.Xia 等人的 Angew.Chem.1nt.Ed.2009，48，60 和 J.Jiu 等人 Mat.Chem.&Phys.，2009，114，333，其中每个以引用的方式整体并入本文。这些包括“多元醇”法，其中在存在聚乙烯吡咯烷酮(PVP，也称聚乙烯基吡咯烷酮)的情况下，在多元醇(通常为乙二醇(EG))中加热银盐，从而得到AgNW在EG中的悬浮液，线可根据需要从悬浮液中分离和/或提纯出。
[0003]从银盐制备银纳米线的方法是已知的，其中在多于一个步骤中，将盐添加至反应混合物。参见例如美国专利8，052，773、美国专利申请公布2011/0174190、中国专利申请公布1740405A以及中国专利100342064C。
[0004]美国专利申请公布2012/0063948A公开了在存在氯化铵的情况下硝酸银的还原。
[0005]概述
[0006]一些实施方案提供用于制备银纳米线的方法，所述方法包括至少两个阶段。
[0007]至少第一阶段提供包含1，2_丙二醇、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和氯化铵的第一组合物。PVP具有大于约15，000克/摩尔、或在约40，000克/摩尔与约60，000克/摩尔之间、或约50，000克/摩尔的重均分子量。所述第一组合物优选地在小于约140°C、或在约80°C与约120°C之间、或约90°C的温度下提供。
[0008]在至少一个第二阶段中，在经过至少约16小时、或在约20小时与约28小时之间、或约24小时的时间段之后，将包含1，2_丙二醇和硝酸银的第二组合物添加至第一组合物，在所述时间段期间，将所述硝酸银中的至少一些还原成银纳米结构，例如像银纳米线。
[0009]这些和其它实施方案可从所附描述、示例性实施方案、实施例以及权利要求书中进行理解。
[0010]描述
[0011]在本文献中提及的所有出版物、专利和专利文件以引用的方式整体并入本文，正如以引用的方式来单独地并入一般。
[0012]2012年11月8日提交的标题为“纳米线制备方法、组合物和制品(NANOWIREPREPARAT1N METHODS, COMPOSIT1NS, AND ARTICLES) ” 的美国专利申请号 61/723，942 以引用的方式整体并入本文。
[0013]引言
[0014]银纳米线(AgNW)是独特且有用的线状形式的金属，其中两个短尺寸(厚度尺寸)小于300nm，而第三个尺寸(长度尺寸)大于I微米、优选大于约10微米，且长宽比(长度尺寸与两个厚度尺寸中的较大一个的比率)大于5。在其它可能用途中，银纳米线被检测为电子设备中的导体、或光学设备中的元件。
[0015]已展现了用于AgNW的制备的许多工序。参见例如Y.Xia等人的(Angew.Chem.1nt.Ed.2009，48，60)，所述文献以引用的方式整体并入本文。这些包括“多元醇”法，其中在存在聚乙烯吡咯烷酮(PVP，也称聚乙烯基吡咯烷酮)的情况下，在多元醇(通常为乙二醇(EG))中加热银盐，从而得到AgNW在EG中的悬浮液，线可根据需要从悬浮液中分离和/或提纯出。
[0016]可还原金属离子和金属产物
[0017]一些实施方案提供包括将至少一种可还原金属离子还原成至少一种金属的方法。可还原金属离子是能够在一系列反应条件下还原成金属的阳离子。在此类方法中，至少一种第一可还原金属离子可例如包含至少一种货币金属离子。货币金属离子是包括铜、银和金的货币金属中一种的离子。或者，这种可还原金属离子可例如包含IUPAC第11族的元素的至少一种离子。一种示例性可还原金属离子即为银阳离子。在一些情况下，可将此类可还原金属离子作为盐提供。例如，在一些情况下，银阳离子可作为硝酸银提供。
[0018]在此类实施方案中，至少一种金属就是至少一种可还原的金属离子所能够被还原成的那种金属。例如，银将会是银阳离子将能够被还原成的那种金属。
[0019]制备方法和材料
[0020]一种制备纳米结构例如像纳米线的常用方法是“多元醇”法。这种方法在例如Angew.Chem.1nt.Ed.2009，48，60，Y.Xia，Y.X1ng, B.Lim，S.E.Skrabalak 中进行描述，所述文献以引用的方式整体并入本文。这种方法通常将金属阳离子例如像银阳离子还原成期望金属纳米结构产物，例如像银纳米线。申请人已观察到:如果这种金属阳离子还原在至少两个阶段进行，那么可重现性可改进并且可变化性可降低。
[0021]一个或多个第一阶段提供包含1，2_丙二醇、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和氯化铵的第一组合物。PVP具有大于约15，000克/摩尔、或在约40，000克/摩尔与约60，000克/摩尔之间、或约50，000克/摩尔的重均分子量。所述第一组合物优选地在小于约140°C、或在约80°C与约120°C之间、或约90°C的温度下提供。
[0022]在一些实施方案中，在加热前，第一组合物的组分彼此接触。在一些实施方案中，一个或多个第一阶段可在一系列子阶段提供第一组合物，其中每个阶段提供所述组合物的组分中的一些。所述组分中的一些可在多于一个的子阶段提供。
[0023]在至少一些实施方案中，第一组合物还可包含硝酸银。例如，可先提供第一组合物的包含硝酸银的第一部分，接着提供第一组合物的包含氯化铵的第二部分。
[0024]在一个或多个第二阶段中，在经过至少约16小时、或在约20小时与约28小时之间、或约24小时的时间段之后，将包含1，2_丙二醇和硝酸银的第二组合物添加至第一组合物，在所述时间段期间，将硝酸银中的至少一些还原成银纳米结构，例如像银纳米线。
[0025]纳米结构和纳米线
[0026]在一些实施方案中，通过此类方法形成的金属产物是纳米结构，例如像一维纳米结构。纳米结构是具有小于300nm的至少一个“纳米级”尺寸和远大于纳米级尺寸(例如像至少约10倍或至少约100倍或至少约200倍或至少约1000倍大)的至少一个其它尺寸的结构。此类纳米结构的实例是纳米棒、纳米线、纳米管、纳米棱锥、纳米棱柱、纳米板等。“一维”纳米结构具有远大于另两个尺寸(例如像至少约10倍或至少约100倍或至少约200倍或至少约1000倍大)的一个尺寸。
[0027]在一些情况下，此类一维纳米结构可包括纳米线。纳米线是一维纳米结构，其中两个短尺寸(厚度尺寸)小于300nm、优选小于lOOnm，而第三个尺寸(长度尺寸)大于I微米、优选大于10微米，且长宽比(长度尺寸与两个厚度尺寸中较大的那个的比率)大于5。在其它可能用途中，纳米线被用作电子设备中的导体、或用作光学设备中的元件。在一些此类应用中，银纳米线是优选的。
[0028]此类方法可使用来制备除了纳米线之外的纳米结构，例如像纳米立方体、纳米棒、纳米棱锥、纳米管等。纳米线和其它纳米结构产物可并入制品中，所述制品例如像电子显示器、触摸屏、便携电话、蜂窝电话、计算机显示器、膝上型计算机、平板计算机、购买点信息亭、音乐播放器、电视机、电子游戏机、电子书阅读器、透明电极、太阳能电池、发光二极管、其它电子设备、医学成像设备、医学成像媒体等。
[0029]示例性实施方案
[0030]2012年11月8日提交的标题为“纳米线制备方法、组合物以及制品(NANOWIREPREPARAT1N METHODS, COMPOSIT1NS, AND ARTICLES) ” 的美国专利申请号 61/723，942 以引用的方式整体并入本文，所述申请已公开了以下12个非限制性的示例性实施方案:
[0031]A.—种方法，其包括:
[0032]提供包含1，2_丙二醇、聚乙烯吡咯烷酮和氯化铵的至少一种第一组合物；
[0033]将至少一种第二组合物添加至所述至少一种第一组合物，所述添加在至少约16小时的时间内发生，并且所述至少一种第二组合物包含1，2_丙二醇和硝酸银；以及
[0034]使得所述硝酸银的至少一部分还原成银纳米线。
[0035]B.根据实施方案A所述的方法，其还包括将所述至少一种第一组合物加热至小于约140 °C的温度。
[0036]C.根据实施方案A所述的方法，其还包括将所述至少一种第一组合物加热至约80°C与约120 °C之间的温度。
[0037]D.根据实施方案A所述的方法，其还包括将所述至少一种第一组合物加热至约90 °C的温度。
[0038]E.根据实施方案A所述的方法，其中至少一种第