一种直径可调的银纳米线的制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于纳米材料合成技术领域，具体涉及一种直径可控的银纳米线的快速高效的合成方法。
【背景技术】
[0002]银纳米线由于具有优异的导电、透光及耐挠曲等特性，因此被视为最有可能替代氧化铟锡(ITO)的材料。然而，直径可控、均一性好的银纳米线的可控合成一直以来都是其推广应用的主要障碍。因此，直径可控的银纳米线的合成吸引了众多学者的关注。在实际应用中为了提高银纳米线在光电器件如有机太阳能电池、触摸屏、显示器特别是新一代柔性电子器件中的应用性能，银纳米线的直径和长径比往往需要有效地控制。在可控合成各种不同形貌和尺寸的银纳米材料方面，人们已经取得了很大的进展，如球形银纳米颗粒，银纳米三角形，银纳米线及银纳米立方体等均已经被可控地合成出来。其中，银纳米线的合成方法较多，但过程大多比较繁琐、直径难于控制且均一性较差。
[0003]在银纳米线制备方面，夏幼南等(①Sun, Yugang ;Mayers, Brian ;Herricks, Thurston ；Xia, Younan Nano Lett.2003, 3, 955.② Sun, Yugang ；Gates, Byron ；Mayers, Brian ；Xia, Younan Nano Lett.2002, 2, 165)提出的多元醇还原法制备银纳米线是目前应用最为广泛的方法。该方法是应用盐类化合物作为银纳米线生长的诱导剂，通过加热多元醇还原得到银纳米线。另外，张彤等人用不同分子量的PVP合成了不同形貌的银纳米球形颗粒和银纳米线。但其银纳米线的直径均在10nm左右且其均一"性有待进一步提高。在中国专利中，如专利号为CN104174869A披露了一种超长制备银纳米线的方法，但其制备过程较长且均一性有待提高。中国专利CN104289723A提供了一种利用混合PVP制备小直径银纳米线的方法。通过将分子量分别为5.5万和130万的PVP按一定比例混合可制备出直径在30nm左右的银纳米线。但所得银纳米线直径的大小不一，均一性有待进一步提高。另外，其SEM图片显示其银纳米线直径可调范围较小。因此，上述关于银纳米线的制备方法或者温度较高，或者是反应周期过长尤其是所得银纳米线的直径难于控制。因此，寻求一种简单、线径可控且均一性较好的银纳米线的合成方法目前依然是一个挑战。本发明拟选取两种及两种以上不同分子量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)协同控制合成出具有特定直径且均一性较好的银纳米线。本发明为不同直径银纳米线的合成提供了一种简单、快速可调且均一性较好的合成方法，而且该方法一次可达到1g以上的生产量，有利于规模化生产及应用。
【发明内容】
[0004]本发明解决的技术问题在于提供一种直径可调的银纳米线的快速、高效的制备方法，由该方法制备的银纳米线具有较好的均一性和特定的直径，尤其是其合成过程简单、快速且有利于实施工业化生产。
[0005]本发明的技术方案是:一种直径可调的银纳米线的快速、高效的制备方法是利用两种及两种以上不同分子量的PVP混合溶液来调控银纳米线直径的方法，具体包括以下步骤:
[0006]步骤A:采用盐辅助多元醇热还原法制备均一性好且直径可控的银纳米线:用多元醇作溶剂，将一定量的盐及其配合物溶于多元醇中，搅拌均匀，浓度为lX10_5mO/L到I X 10_2mo/L之间，此盐溶液作为银纳米线生长的诱导剂；
[0007]步骤B:采用混合两种及两种以上的不同分子量的PVP的多元醇溶液来控制银纳米线的直径:配制混合PVP的多元醇的溶液，分别取不同分子量的PVP在室温下搅拌溶于多元醇中，形成均一的不同PVP配比、不同浓度的混合PVP的多元醇溶液；
[0008]步骤C:通过多元醇热还原法将々8顯3或CH3COOAg还原成银纳米线:称取一定量的八8勵3或CH 3C00Ag超声溶解于步骤B中的混合PVP的多元醇溶液中，浓度为0.0001g/mL到0.3g/mL ；
[0009]步骤D:直径可控银纳米线的制备:将步骤C和步骤B的溶液混合后倒入一定体积的圆底烧瓶中，加入步骤A配制的诱导剂，搅拌均匀后将圆底烧瓶放入加热套升温加热，温度控制在12(^ - 185°C之间，保温时间为15min - 3h，即可得到较好均一性且具有不同直径的银纳米线。
[0010]步骤A中的所述盐类及其配合物包括八水氧氯化锆(ZrOCl2.SH2O)、氯化钾(KCl)、氯化镁(MgCl2)、氯化铜(CuCl2)、氯化钠(NaCl)、氯化钙(CaCl2)、氯化银(AgCl)、氯化亚铁(FeCl2)、氯化亚铂(PtCl2)、二水合氯化铜(CuCl2.2H20)、六水合氯化钴(CoCl2.6H20)、四水合氯化金(AuCl2.HCl.4H20)、溴化铜(CuBr2)、溴化钾(KBr)、溴化镁(MgBr2)、溴化钙(CaBr2)、溴化钠(NaBr)、溴化银(AgBr)、氯铂酸六水合物(Cl6H1406Pt)、十六烷基三甲基溴化铵(C19H42BrN)等中的一种或多种。
[0011]步骤A中的所述盐类及其配合物均可以是一种或多种的混合物，其中各盐类或其配合物的浓度为I X 10_5mo/L到I X 10_2mo/L之间0
[0012]步骤B中混合PVP的多元醇溶液中PVP的种类包括分子量从0.35万到176万的所有不同种类的PVP，具体包括PVPK12 (0.35万)、PVPK17 (1.01万)、PVPK25 (3.2万)、PVPK30 (4.0 万)、PVPK45(15 万)、PVPK60(21 万)、PVPK70 (40 万)、PVPK80 (58 万)、PVPK85 (60 万)、PVPK90 (63 万)、PVPK100 (78 万)、PVPKl 10 (110 万)、PVPK120 (139 万)、PVPK150(176万)中的两种或两种以上的不同分子量PVP的混合物。
[0013]步骤B中混合PVP的乙二醇溶液中每种PVP的质量百分比率可以从0.01到0.99%之间的任何一个质量比率。
[0014]步骤B 中混合 PVP 的浓度为 0.0Olg/mL-0.03g/mL。
[0015]步骤A中的多元醇包括乙二醇、丙二醇、丙三醇。
[0016]步骤D中银纳米线的制备温度控制在120°C _185°C之间，保温时间为15min - 3h，即可获得平均直径在30nm - 300nm、平均长度在10 - 60 μ m的银纳米线。
【附图说明】
[0017]图1本发明所制备的平均直径30nm，平均线长20 μ m的银纳米线的扫描电镜照片。
[0018]图2本发明所制备的平均直径50nm，平均线长20 μ m的银纳米线的扫描电镜照片。
[0019]图3本发明所制备的平均直径70nm，平均线长20 μ m的银纳米线的扫描电镜照片。
[0020]图4本发明所制备的平均直径lOOnm，平均线长60 μ m的银纳米线的扫描电镜照片。
[0021]图5本发明所制备的平均直径150nm，平均线长20 μπι的银纳米线的扫描电镜照片。
[0022]图6本发明所制备的平均直径200nm，平均线长20 μπι的银纳米线的扫描电镜照片。
[0023]图7本发明所制备的平均直径300nm，平均线长20 μπι的银纳米线的扫描电镜照片。
具体实施方案
[0024]为了更好地解释本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
[0025]其实施方案为:
[0026]步骤一
[0027]取一定量的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、硝酸银前驱体溶解在乙二醇中，得到混合均一的溶液；PVP 选自 PVPK12(0.35 万)、PVPK17(1.01 万)、PVPK25(3.2 万)、PVPK30(4.0 万)、PVPK45 (15 万)、PVPK60 (21 万)、PVPK70 (40 万)、PVPK80 (58 万)、PVPK85 (60 万)、PVPK90 (63万)、PVPK100(78 万)、PVPKl 10 (110 万)、PVPK120(139 万)、PVPK150(176 万)中的两种或两种以上的不同分子量PVP ;所述的混合溶液中，每种PVP的质量百分比率可以从0.01 %到0.99%之间的任何一个质量比率，混合PVP的浓度为0.001g/mL到0.03g/mL ;硝酸银的浓度为 0.0001g/mL 到 0.3g/mLo
[0028]步骤二
[0029]将步骤一所配的混合溶液转移到圆底烧瓶中，向其中加入浓度为I X 10_5mo/L到I X l(T2mo/L之间的盐及其配合物的乙二醇溶液1yL到10mL，搅拌均匀，此盐溶液作为银纳米线生长的诱导剂；室温搅拌均匀后将混合溶液加热到120°C - 185°C，继续保温反应15min到3h ;反应结束后对反应物进行离心清洗，得到特定直径的银纳米线。
[0030]本发明的一种直径可