一种低温下制备铜纳米线的方法
【技术领域】
[0001]本发明属于过渡金属纳米颗粒合成的技术领域，特别涉及低温下制备铜纳米线的制备方法。
【背景技术】
[0002]近些年，随着电子科技的迅速发展，透明电极材料等电子器件的需求逐年增加。作为制备透明电极的主要材料，氧化铟锡因为铟的价格高昂很难满足市场要求。在探寻氧化铟锡替代物的道路上，金属纳米线以其良好的导电性和柔韧性受到了人们的广泛关注。与贵金属银相比，铜的带电性虽然略小(为银的百分之94%)，但地壳中存储量却大于银的1000倍，可有效降低器件成本。然而，铜纳米线的应用还处于瓶颈期，这主要是因为纳米级别的铜很容易被氧化，且制备铜钠米线的条件过于苛刻。迄今为止，液相法合成铜纳米线的方法无外乎两种:I).以CuCl2前驱物，葡萄糖为还原剂，十六胺为保护剂100°C加热6小时以上;2).以2价铜离子为前驱物，利用水合肼为还原剂，乙二胺为保护剂，60°C条件下合成。上述两种方法中:第一种对温度要求过高，且表面的十六胺很难除去，吸附在表面的十六胺导致铜纳米线电阻的增加;第二种方法铜纳米线不稳定，易生成氧化层同样降低导电性。
[0003]因此，探索低温下制备表面清洁且具有强抗氧化性铜纳米线的方法具有重要学术意义和应用价值。
【发明内容】
[0004]本发明要解决的技术问题是，克服【背景技术】存在的缺点，提供一种操作简单，较低温度下制备具有抗氧化性铜纳米线方法。该方法采用液相还原法:去离子水为溶剂，氯化铜为前驱物，抗坏血酸为还原剂，十六烷基三甲基氯化铵为表面活性剂，碳酸氢钠为缓冲剂调节反应液的酸碱度。
[0005]本发明采取的具体技术方案如下:
[0006]—种低温下制备铜纳米线的方法，有以下步骤:
[0007](I)以去离子水为溶剂，氯化铜为溶质，配置浓度为8-10毫摩尔每升的前驱物溶液，搅拌至均匀；
[0008](2)添加碳酸氢钠以提高溶液的pH值，搅拌10分钟得到深蓝色混合液I，其中，每毫升前驱物溶液添加40毫克碳酸氢钠；
[0009](3)将混合液I在10°C以下的环境搅拌，将I摩尔/升的抗坏血酸加到混合液I中，快速搅拌15分钟，得到混合液2，所加的抗坏血酸与原有混合液I体积比为1:3;
[0010](4)将表面活性剂十六烷基三甲基氯化铵加入到混合液2中，搅拌至均匀后继续搅拌8-10小时，得到混合液3，其中，每毫升混合液2使用50毫克十六烷基三甲基氯化铵；
[0011 ] (5)将混合液3置于30度恒温水浴，搅拌反应8-10小时；
[0012](6)将所得产物分别用去离子水和乙醇清洗一次，并烘干，得到具有抗氧化性的铜纳米线。
[0013]本发明的步骤(6)中，所述的烘干优选在40_60°C的鼓风干燥箱内烘干。
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果主要体现为:
[0015]1、整个制备过程不超过30度，节能环保适用于批量生产。
[0016]2、参与合成的试剂无毒害，大大降低了对环境造成任何污染。
[0017]3、该方法合成的铜纳米线具有较强抗氧化能力，在空气中存储不易氧化。
[0018]4、吸附在表面上的活性剂可通过简单清洗方法去除，与其它方法相比，可得到更为清洁的表面。
【附图说明】
[0019]图1是实施例1所得样品X射线衍射图谱。
[0020]图2是实施例1所得铜纳米线的场发射扫描电镜图片。
[0021]图3是实施例1所得铜纳米线的场发射扫描电镜放大图片。
[0022]图4是实施例1制得的铜纳米线的透射电镜图像。
[0023]图5是实施例1制得的铜纳米线的高分辨率透射电子显微镜图像。
[0024]图6是实施例1所得铜纳米线放置空气中10天后X射线衍射图谱。
[0025]图7是实施例1制得的铜纳米线与十六烷基三甲基氯化铵的近红外光谱。
[0026]图8是实施例2所得样品X射线衍射图谱。
[0027]图9是实施例2所得产物的场发射扫描电镜图片。
[0028]图10是实施例3得到的铜纳米线的场发射扫描电镜图片。
[0029]图11是实施例4得到的铜纳米线的场发射扫描电镜图片。
[0030]图12是实施例5得到的铜纳米线的场发射扫描电镜图片。
【具体实施方式】
[0031]现结合下列实施实例更加具体地描述本发明，如无特殊说明，所用试剂均为市售可获得的产品，无需进一步提纯使用。
[0032]实施例1:铜纳米线的制备I
[0033]以去离子水为溶剂，氯化铜为溶质，配置15毫升浓度为10毫摩尔每升的前驱物溶液，搅拌至均匀;添加0.6克碳酸氢钠，搅拌10分钟得到深蓝色混合液;将混合液10°C搅拌，注入5毫升I摩尔/升的抗坏血酸溶液，快速搅拌15分钟，溶液变橙色;加入1.0克十六烷基三甲基氯化铵，10°C搅拌10小时;30度恒温水浴，搅拌10小时。所得的产物用离心机分离，分散到去离子水中超声，二次离心，分散于乙醇中，再次离心后置于60度鼓风干燥箱中烘干。
[0034]通过XRD图谱表征实施例1的产物为纯铜(参见图1)。经与标准铜XRD谱图的比对，与卡片JCPDS 85-1326完全符合。其中43.5° ,50.7° ,74.12°，89.97°分别对应铜的{111}，{200}，{220}，{311}晶面。
[0035]为了研究合成出的纳米铜的尺寸和形貌，对样品进行了场发射扫描电镜测试。结果如图2、3，可以看出，实施例1所得铜纳米线尺寸为5-9微米纳米线，其所在的直径为120-150纳米左右。透射电镜图像可以看出纳米线为实心，形貌与扫描电镜测试测试结果相同(参见图4)。通过图5所示的高分辨透射电子显微镜照片可以看出:纳米晶格条纹间距为
0.209纳米，这和面心立方铜的(111)晶面的面间距一致，再次证明所得材料为单质铜。
[0036]为了证明合成铜纳米线的抗氧化性，将合成的实施例1所得产物存放于空气中，经历不同时间进行XRD图谱表征，观察是否有其他峰的出现(如氧化亚铜，氧化铜)。图6是实施例I所得铜纳米线放置空气中10天后X射线衍射图谱。图谱只存在铜纳米颗粒的衍射峰，无其它铜氧化物衍射峰出现。由此证明此方法合成的铜纳米线具有较强的抗氧