一種銀納米線的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一維材料的制備技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種銀納米線的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]—維材料包括納米線、納米管、納米棒等，由于具有微觀一維結(jié)構(gòu)、大的比表面積等特性，一維材料在催化、環(huán)保及其它功能材料組裝領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景，近年來(lái)成為主要的研究熱點(diǎn)之一。銀材料本身具有很好的導(dǎo)電性，在光學(xué)、電化學(xué)、催化、吸附和分離等領(lǐng)域有著廣泛的用途，而合成銀納米線是近年來(lái)材料領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。
[0003]近十年來(lái)，國(guó)際上報(bào)道了大量的制備銀納米線的方法，主要分為物理法和化學(xué)法兩大類(lèi)，其中物理法中的高溫化學(xué)蒸汽沉降法，是在高溫的情況下(一般100tC以上)，通過(guò)鼓氣的方式使銀與金屬催化劑(鐵、鈷、金、鎳、鎵等)混合，在金屬催化劑的作用之下生長(zhǎng)銀納米線。雖然該方法能夠方便地獲得銀納米線，但是所需的反應(yīng)條件較苛刻，使用該方法無(wú)法達(dá)到大規(guī)模生產(chǎn)銀納米線的要求?；瘜W(xué)法因其工藝簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，對(duì)設(shè)備要求低，容易規(guī)?；葍?yōu)勢(shì)而得以迅猛發(fā)展。目前，成功合成銀納米線的化學(xué)法有:硬模板電化學(xué)法。硬模板電化學(xué)法使用氧化鋁模板并通常結(jié)合電化學(xué)沉積技術(shù)(Sun XY1Xu FQ1Li ZM1ZhangWH.Mater.Chem.Phys.2005,90,69-72.；Pang Y T,Meng G WjFang QjZhang L D et al，Nanotechnology 2003，14，20-24.;Wang Y WjZhang L D,Meng G WjPeng XSjJin YXjZhang J.J.Phys.Chem.B2002，106，2502-2507.；J.Choi,G.SauerjK.NielschjR.B.ffehrspohn,U.G.0.sele，Chem.Mater.2003，15，776-779.)。但是硬模板電化學(xué)法需要預(yù)制模板，模板上孔道的質(zhì)量和數(shù)量決定了得到的納米材料的質(zhì)量和數(shù)量，并且隨后的移除模板的技術(shù)比較繁瑣，同時(shí)易損傷納米材料，制備得到的納米材料也容易團(tuán)聚在一起，不利于單個(gè)操作或測(cè)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是:針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種簡(jiǎn)單易控、產(chǎn)率高且不會(huì)造成環(huán)境污染的銀納米線的制備方法。
[0005]本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:一種銀納米線的制備方法，包括以下步驟:
[0006](I)將硝酸銀、檸檬酸鈉和水以0.3?0.5:0.6?0.8: 400?1000的質(zhì)量比混合并分散均勻，得到溶液A;將草酸和水以8?16:400?1000的質(zhì)量比混合并分散均勻，得到溶液B;再將溶液A和溶液B以20?60:1的體積比混合并攪拌0.5?I分鐘，制備得到含有粒徑為2?6nm的銀納米顆粒的溶液C，將溶液C作為晶種；
[0007](2)分別配制I?3 %質(zhì)量百分比濃度的硝酸銀溶液、10?20 %質(zhì)量百分比濃度的抗壞血酸溶液和20?30 %質(zhì)量百分比濃度的CTAB溶液，將硝酸銀溶液、抗壞血酸溶液和CTAB溶液以2?5: 2?8: 80?120的體積比混合，得到溶液D ；
[0008](3)將溶液C、溶液D及20?30%質(zhì)量百分比濃度的氫氧化鈉溶液以2?4:80?120:0.5?2的體積比混合，常溫放置10?20min，得到含有銀納米線產(chǎn)物的混合溶液；
[0009](4)取出步驟(3)得到的產(chǎn)物，水洗，通過(guò)超聲波提取分離技術(shù)分離得到銀納米線，并將銀納米線用3?8%質(zhì)量百分比濃度的硝酸溶液浸泡I?5分鐘，然后離心分離并水洗，得到銀納米線。
[0010]步驟(2)中，所述的CTAB溶液可以由SDS溶液替換。
[0011]本發(fā)明制備方法中，采用CTAB溶液(即十六烷基三甲基溴化銨溶液)或SDS溶液(即十二烷基硫酸鈉溶液)作為模板劑。制備過(guò)程中，將溶液C和溶液D混合后，硝酸銀溶液中的銀離子被抗壞血酸還原，并在晶種中所含的銀納米顆粒的周?chē)Y(jié)晶成核，形成的納米粒子吸附在模板劑的長(zhǎng)鏈上，逐漸形成一維形貌;隨著反應(yīng)進(jìn)行，越來(lái)越多的納米粒子吸附在模板劑的表面，這些納米粒子在溶液中結(jié)晶形成一維銀納米線。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明提供的銀納米線的制備方法，以硝酸銀、檸檬酸鈉和草酸為原料，首先制備含有粒徑為2?6nm的銀納米顆粒的溶液作為晶種，然后以硝酸銀為原料，在模板劑CTAB或SDS的協(xié)助下，最終制備得到銀納米線。本發(fā)明制備方法簡(jiǎn)單易控，不會(huì)造成環(huán)境污染，制備效率高，其產(chǎn)率高達(dá)95%以上，制備得到的銀納米線的直徑為50?800納米、長(zhǎng)度為I?100微米，成分為純銀，產(chǎn)品質(zhì)量好、成品率高并具有規(guī)律的晶體結(jié)構(gòu)、大的長(zhǎng)徑比和大的比表面積，且粗細(xì)、長(zhǎng)短可以根據(jù)反應(yīng)時(shí)間、硝酸銀溶液的濃度進(jìn)行調(diào)控。相對(duì)于傳統(tǒng)的制備方法，本發(fā)明方法可以在較低成本的情況下合成大量的銀納米線，大幅降低銀納米線的生產(chǎn)成本，制備的銀納米線有望在在先進(jìn)催化劑的設(shè)計(jì)、納米器件組裝、微觀傳導(dǎo)以及先進(jìn)光學(xué)、電學(xué)材料的合成等領(lǐng)域中具有潛在應(yīng)用，工業(yè)應(yīng)用價(jià)值高，產(chǎn)業(yè)化前景好。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為實(shí)施例一的溶液C中含有的銀納米顆粒的TEM照片；
[0014]圖2為實(shí)施例一制備得到的銀納米線的SEM照片；
[0015]圖3為實(shí)施例一制備得到的銀納米線的EDX能譜分析圖；
[0016]圖4為實(shí)施例二制備得到的銀納米線的SEM照片；
[0017]圖5為本發(fā)明制備方法的制備流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0019]實(shí)施例一的銀納米線的制備方法，包括以下步驟:
[0020](I)稱取0.5g硝酸銀和0.Sg檸檬酸鈉在SOOg水中混合并分散均勻，得到溶液A;稱取16g草酸在800g水中混合并分散均勻，得到溶液B;再將溶液A和溶液B以35: I的體積比混合并攪拌0.5分鐘，制備得到含有粒徑為2?6nm的銀納米顆粒的溶液C，將溶液C作為晶種；
[0021](2)分別配制3%質(zhì)量百分比濃度的硝酸銀溶液5mL、20%質(zhì)量百分比濃度的抗壞血酸溶液8mL和30 %質(zhì)量百分比濃度的CTAB溶液120mL，將這三種溶液混合，得到溶液D;[0022 ] (3)將4mL的溶液C、80mL的溶液D及25 %質(zhì)量百分比濃度的氫氧化鈉溶液ImL混合，常溫放置15min，得到含有銀納米線產(chǎn)物的混合溶液；
[0023](4)取出步驟(3)得到的產(chǎn)物，水洗，通過(guò)超聲波提取分離技術(shù)將銀納米線與其他殘留物質(zhì)分離，得到銀納米線，并將銀納米線用8%質(zhì)量百分比濃度的硝酸溶液浸泡4分鐘，然后離心分離并水洗，得到銀納米線。
[0024]實(shí)施例二的銀納米線的制備方法，包括以下步驟:
[0025](I)稱取0.4g硝酸銀和0.7g檸檬酸鈉在600g水中混合并分散均勻，得到溶液A;稱取12g草酸在700g水中混合并分散均勻，得到溶液B;再將溶液A和溶液B以40:1的體積比混合并攪拌I分鐘，制備得到含有粒徑為2?6nm的銀納米顆粒的溶液C，將溶液C作為晶種；
[0026](2)分別配制2%質(zhì)量百分比濃度的硝酸銀溶液4mL、15%質(zhì)量百分比濃度的抗壞血酸溶液6mL和20 %質(zhì)量百分比濃度的SDS溶液10mL，將這三種溶液混合，得到溶液D;
[0027](3)將4mL的溶液C、90mL的溶液D及25%質(zhì)量百分比濃度的氫氧化鈉溶液ImL混合，常溫放置15min，得到含有銀納米線產(chǎn)物的混合溶液；
[0028](4)取出步驟(3)得到的產(chǎn)物，水洗，通過(guò)超聲波提取分離技術(shù)將銀納米線與其他殘留物質(zhì)分離，得到銀納米線，并將銀納米線用6%質(zhì)量百分比濃度的硝酸溶液浸泡5分鐘，然后離心分離并水洗，得到銀納米線。
[0029]實(shí)施例一中，溶液C中含有的銀納米顆粒的TEM照片見(jiàn)圖1;實(shí)施例一制備得到的銀納米線的SEM照片見(jiàn)圖2，EDX能譜分析圖見(jiàn)圖3;實(shí)施例二制備得到的銀納米線的SEM照片見(jiàn)圖4。以上掃描電鏡照片(SEM)在Philips XL30 D6716儀器上攝取，透射電鏡照片(TEM)在JEOL JEM-2010儀器上攝取。
[°03°]由圖1可知，實(shí)施例一中所得的銀納米顆粒粒徑比較均一，粒徑2?6nm。
[0031]由圖2可知，實(shí)施例一中所得銀納米線的純度很高，均具有一維線狀形貌。納米線的長(zhǎng)度在30微米左右，直徑在100納米左右。結(jié)合圖2和圖3可知，除了少量的基底上導(dǎo)電膠布所含的C以外，只有Ag峰出現(xiàn)，證明了產(chǎn)物銀納米線是單一的銀線，并不含有任何其他雜質(zhì)。
[0032]由圖4可知，實(shí)施例二中所得銀納米線的純度很高，均具有一維線狀形貌。納米線的長(zhǎng)度在30微米左右，直徑在50納米左右。
[0033]對(duì)于通過(guò)本發(fā)明方法制備得到的銀納米線，以一根直徑為240納米、長(zhǎng)度為23微米的銀納米線為例，其性能測(cè)試結(jié)果如下:電阻值:?1780hm;體積電阻率:?0.3 X 105S/cm；最大電流:9.1mA;最大電壓:1.62V;熔斷電流密度:2 X 107A/cm2;塊狀銀電阻率:6.2 X 15S/cm0
[0034]上述產(chǎn)物銀納米線具有一維結(jié)構(gòu)，是很好的晶體，可以有諸多潛在應(yīng)用:例如可以作為模板劑制備其他一維結(jié)構(gòu)例如納米管等;或者，利用本身的良好導(dǎo)電性制成納米器件之間起傳導(dǎo)作用的導(dǎo)線等;或者，作為填充材料混入樹(shù)脂等高分子材料，制備具有良好導(dǎo)電性能、優(yōu)異抗拉強(qiáng)度的納米銀線導(dǎo)電膠;或者，在環(huán)氧樹(shù)脂體系中，與片狀銀粉混合制備導(dǎo)電銀膠，一維線裝的納米銀更加容易在導(dǎo)電銀膠中形成導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)，提高導(dǎo)電銀膠的導(dǎo)電效果;等等類(lèi)似應(yīng)用，工業(yè)應(yīng)用價(jià)值高，產(chǎn)業(yè)化前景好。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種銀納米線的制備方法，其特征在于包括以下步驟: (1)將硝酸銀、檸檬酸鈉和水以0.3?0.5:0.6?0.8: 400?1000的質(zhì)量比混合并分散均勻，得到溶液A;將草酸和水以8?16:400?1000的質(zhì)量比混合并分散均勻，得到溶液B;再將溶液A和溶液B以20?60:1的體積比混合并攪拌0.5?I分鐘，制備得到含有粒徑為2?6 nm的銀納米顆粒的溶液C，將溶液C作為晶種； (2)分別配制I?3%質(zhì)量百分比濃度的硝酸銀溶液、10?20%質(zhì)量百分比濃度的抗壞血酸溶液和20?30%質(zhì)量百分比濃度的CTAB溶液，將硝酸銀溶液、抗壞血酸溶液和CTAB溶液以2?5: 2?8: 80?120的體積比混合，得到溶液D ； (3)將溶液C、溶液D及20?30%質(zhì)量百分比濃度的氫氧化鈉溶液以2?4:80?120:0.5?2的體積比混合，常溫放置10?20min，得到含有銀納米線產(chǎn)物的混合溶液； (4)取出步驟(3)得到的產(chǎn)物，水洗，通過(guò)超聲波提取分離技術(shù)分離得到銀納米線，并將銀納米線用3?8%質(zhì)量百分比濃度的硝酸溶液浸泡I?5分鐘，然后離心分離并水洗，得到銀納米線。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種銀納米線的制備方法，其特征在于步驟(2)中，所述的CTAB溶液由SDS溶液替換。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種銀納米線的制備方法，以硝酸銀、檸檬酸鈉和草酸為原料，首先制備含有粒徑為2～6nm的銀納米顆粒的溶液作為晶種，然后以硝酸銀為原料，在模板劑CTAB或SDS的協(xié)助下，最終制備得到銀納米線。本發(fā)明方法簡(jiǎn)單易控，不會(huì)造成環(huán)境污染，制備效率高，其產(chǎn)率高達(dá)95%以上，制得的銀納米線的直徑為50～800納米、長(zhǎng)度為1～100微米，成分為純銀，產(chǎn)品質(zhì)量好、成品率高并具有規(guī)律的晶體結(jié)構(gòu)、大的長(zhǎng)徑比和大的比表面積，且粗細(xì)、長(zhǎng)短可以根據(jù)反應(yīng)時(shí)間、硝酸銀溶液的濃度進(jìn)行調(diào)控。本發(fā)明方法可以大幅降低銀納米線的生產(chǎn)成本，制備的銀納米線有望在先進(jìn)催化劑的設(shè)計(jì)、納米器件組裝、微觀傳導(dǎo)以及先進(jìn)光學(xué)、電學(xué)材料的合成等領(lǐng)域中具有潛在應(yīng)用。
【IPC分類(lèi)】B82Y40/00, B22F9/24
【公開(kāi)號(hào)】CN105562711
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201610019264
【發(fā)明人】陳平, 程曉丹, 陳明富
【申請(qǐng)人】寧波欣能環(huán)境技術(shù)有限公司
【公開(kāi)日】2016年5月11日
【申請(qǐng)日】2016年1月13日