专利名称：一种柔性的可见光频段银树枝状结构复合材料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种柔性的可见光频段银树枝状结构复合材料及其制备方法，特别涉 及一种在柔性透明基底上通过化学电沉积制备的无序排列的纳米银树枝与二氧化硅薄膜组成 的"三明治"多层结构，这种柔性的复合材料在可见光波段有特殊的光透射行为。
背景技术：
从纳米技术提出以来，金属纳米材料一直是当前纳米研究领域的一个重要组成部 分，不同结构尺寸的金属纳米材料因为其显著的物理化学性能以及在光学，电学，磁学等方 面潜在的应用等受到人们的重视。其中，金属银树枝结构的制备与研究更引起人们的广泛关 注。目前制备银的纳米树枝结构的化学方法主要有电化学法，超声化学法、微乳法、光化学 法、置换法以及模板法等。与上述纳米树枝结构的制备方法相比,化学电沉积法具有晶粒尺寸 小U0-100nm以内)、密度高、纳米晶体材料受尺寸和形状的限制少、没有溶胶-凝胶繁杂的 后续过程，可以直接获得大批量的纳米晶体材料等一系列的优点。迄今为止，大部分的银纳 米结构都是生长在溶液中或者刚性基底上，不易分离提纯或弯曲组装成特定形状的光学器件。 本发明采用化学电沉积法在柔性透明的导电薄膜上制备出100nm左右的纳米银树枝结构，并 且测试了其在可见光波段的透射行为，发现其在360-800nm波长处有多个吸收峰，对柔性光 学器件的制备和性能研究将具有重要意义
发明内容
本发明的目的是提供一种通过化学电沉积法在柔性透明基底上制备的无序排列的 纳米银树枝的复合材料。这种材料由纳米银树枝与二氧化硅薄膜按照"银树枝-二氧化硅薄膜 -银树枝"三层方式组合而成，其在360-800nm频段内有特殊的光透射行为。
图1制备的纳米银树枝样品的表面形貌扫描电镜(a)(b)沉积电压为0.9V， (c)(d)沉积电压为UV。
图2不同沉积时间二氧化硅薄膜截面与表面的扫描电镜图(a)10s截面；(b)6s表面。
图3 "银树枝-二氧化硅薄膜-银树枝"三层结构组装过程。
3图4导电薄膜，银树枝结构与二氧化硅薄膜的可见光波段透射曲线(a)附着有二氧化硅薄膜
的ITO薄膜；(b)空白ITO薄膜；(C)附着有纳米银树枝的ITO薄膜；(d)附着有纳米银
树枝、二氧化硅薄膜的ITO薄膜。 图5 "银树枝-二氧化硅薄膜-银树枝"的"三明治"结构可见光波段透射曲线，(a)银树枝的
沉积电压UV，电极间距0.6mm; (b)银树枝的沉积电压0.9V，电极间距0.6mm; (c)银树
枝的沉积电压0.9V，电极间距0.35mm。
具体实施例方式
1. ITO薄膜上纳米银树枝的制备将1.2g PEG-20000加入到5ml超纯水中(浓度为12mM)， 溶解后加入3ml硝酸银溶液(浓度为0.59mM)， 4'C下陈化24小时以上，得到褐色粘稠 的电解液，并将其低温保存待用。采用双电极体系，金属银片为阳极，10X40mn^的ITO 导电薄膜为阴极，两极板间距为0.3-0.6mm。用吸管将电解液滴加到极板边缘，通过毛细 管作用，电解液会被自动吸入两极板之间，控制沉积电压为0.9V-1.3V，沉积时间为3-5min， 电沉积过程结束后，将样品表面用大量超纯水冲洗，吹干，制得纳米银树枝。
2. "银树枝-二氧化硅薄膜"双层结构的制备将0.17g硝酸钠溶解于20ml超纯水中(浓度 为0.1M)，搅拌下滴加盐酸至p1^3。此后，加入1.585§十六烷基三甲基溴化铵，待其充 分溶解后加入20ml正硅酸乙酯的乙醇溶液(浓度为0.68M)，搅拌3h后得电解液。采用 双电极体系，石墨片为阳极，沉积有银树枝的ITO导电薄膜为阴极，极板间距为0.5mm， 沉积电压为2.0V，沉积时间为3-10s。电沉积过程结束后，将样品表面迅速用大量超纯水 冲洗。可在银树枝的表面得到透光性好且表面光滑平整的二氧化硅层，也就是"银树枝-二氧化硅薄膜"双层结构。
3. "银树枝-二氧化硅薄膜-银树枝"三层结构的制备"三明治"复合材料的组装过程如图 3所示，在二维纳米银树枝的表面上电沉积一定厚度的二氧化硅薄膜后与另外一层二维纳 米银树枝叠合组装成银树枝、二氧化硅薄膜和银树枝"三明治"复合材料。
4. 三层结构的可见光透过性测试采用UV-9300型紫外可见分光光度计，测试光波垂直通 过这种"三明治"结构时的可见光透过率特性。测试结果显示其在360nm 800nm之间有多个吸收峰出现，测试曲线呈锯齿状，显示其特的透射性能。 本发明的实现过程和材料的性能由实施例和
实施例一在制备纳米银树枝的过程中，控制沉积电压为0.9v,极板间距为0.6mm，沉积时 间5min，电沉积过程结束后，将样品表面用大量超纯水冲洗，吹干，制得如附图l (a) (b) 所示的单元结构100纳米左右、无序排布的纳米银树枝。"银树枝-二氧化硅薄膜"双层结 构的制备过程中，石墨片为阳极，沉积有银树枝的ITO导电薄膜为阴极，极板间距为0.5mm， 沉积电压为2.0V，沉积时间为6s。电沉积过程结束后，将样品表面迅速用大量超纯水冲洗， 吹干，制得如图2 (all)、图2 (b)所示的厚度IOO纳米左右表面光滑、结构致密的二氧化 硅薄膜。将制备的纳米银树枝与"银树枝-二氧化硅薄膜"双层结构相向叠加在一起并用普通 平板玻璃固定，即可获得"银树枝-二氧化硅薄膜-银树枝"三层结构。在测试三层结构的过 程中，使用UV-9300型紫外可见分光光度计，以光波在空气中传播时的透过率为100%，以 光线零透过时为0%，可以在360nm 800nm范围内得到如附图5 (b)所示的多个透射峰。
实施例二在制备纳米银树枝的过程中，控制沉积电压为l.lv,极板间距为0.6mm，沉积时 间为5min，电沉积过程结束后，将样品表面用大量超纯水冲洗，吹干，制得如附图1 (c) (d) 所示的纳米银树枝。"银树枝-二氧化硅薄膜"双层结构的制备过程、"银树枝-二氧化硅薄 膜-银树枝"三层结构的组装及可见光波段光学透射测试同实施例一。可得到如附图5 (a)所 示的透射曲线。
实施例三在制备纳米银树枝的过程中，控制沉积电压为0.9v，极板间距为0.35mm，沉积时 间为2min，电沉积过程结束后，将样品表面用大量超纯水冲洗，吹干，制得纳米银树枝。"银 树枝-二氧化硅薄膜"双层结构的制备过程、"银树枝-二氧化硅薄膜-银树枝"三层结构的组装 及可见光波段光学透射测试同实施例一。可得到如附图5 (c)所示的多个透射峰。
权利要求
1. 一种柔性的可见光频段银树枝状结构复合材料，由氧化铟锡(ITO)柔性透明导电薄膜、银树枝和二氧化硅薄膜的三明治复合材料组成，其主要特征是采用化学电沉积方法制备纳米银树枝和二氧化硅薄膜，然后组装为复合材料。
2. 如权利要求1所述一种柔性的可见光频段银树枝状结构复合材料，其特征是纳米银树枝 的化学电沉积制备过程为，采用双电极体系，金属银片为阳极，10X40mm2的ITO导电 薄膜为阴极，两极板间距为0.3-0.6mm，浓度为0. 59mM硝酸银、PEG-20000混合溶液为电 解液，沉积电压为0.9-1.3V条件下沉积3-5min，在柔性透明导电薄膜表面获得无序排列 的纳米银树枝状结构。
3. 如权利要求1所述一种柔性的可见光频段银树枝状结构复合材料，其特征是"银树枝-二 氧化硅薄膜"双层结构的制备过程为，将0. 17g硝酸钠溶解于20ml超纯水中(浓度为 0. 1M)，搅拌下滴加盐酸至pH=3。此后，加入1.585g十六垸基三甲基溴化胺(CTAB)，待 其充分溶解后加入20ml正硅酸乙酯(TEOS)的乙醇溶液(浓度为0.68M)，搅拌3h后制 得电解液。采用双电极体系，石墨片为阳极，沉积有银树枝的ITO导电薄膜为阴极，极 板间距为0.5mm，沉积电压为2.0V，沉积时间为6s。电沉积过程结束后，将样品表面迅 速用大量超纯水冲洗，得到"树枝状银-二氧化硅薄膜"双层结构。
4. 如权利要求1所述一种柔性的可见光频段银树枝状结构复合材料，其特征是"银树枝-二 氧化硅薄膜-银树枝"三层结构的制备过程为，将权利要求3所述"银树枝-二氧化硅薄膜" 双层结构与权利要求2所述沉积单层纳米银树枝的ITO薄膜面对面叠加组合、固定，得 到柔性的"银树枝-二氧化硅薄膜-银树枝"三层结构，其特征是这种柔性材料在 360nm 800nm频段对多种频率的光有吸收，透射曲线呈锯齿状。
全文摘要
本发明涉及一种柔性的可见光频段银树枝状结构复合材料及其制备方法，具体涉及一种在氧化铟锡(ITO)柔性透明导电薄膜基底上制备二维纳米银树枝。并在其表面化学电沉积100nm厚度的二氧化硅薄膜后与另外一层二维纳米银树枝叠合组装成银树枝、二氧化硅薄膜和银树枝的“三明治”复合材料。该“三明治”复合材料分别在可见光频段360-800nm处有多个吸收峰，透射曲线呈锯齿状。
文档编号C25D5/00GK101487132SQ20081001732
公开日2009年7月22日 申请日期2008年1月18日 优先权日2008年1月18日
发明者刘宝琦, 赵晓鹏, 邓巧平, 伟 骆 申请人:西北工业大学