CN103100724A - 银纳米线的制备方法 - Google Patents

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一种银纳米线的制备方法，包括以下步骤：将水溶性银盐和分散剂加入含有多羟基液态有机物的水溶液中，超声分散后得到混合液；将水溶性卤化物加入所述混合液中，溶解后得到反应母液；将所述反应母液，在100℃~190℃反应10min~60min，得到混合物；将所述混合物离心后收集沉淀，将所述沉淀洗涤后干燥，得到所述银纳米线。上述银纳米线的制备方法制备时间较短。

Description

银纳米线的制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料的制备的技术领域，特别是涉及一种银纳米线的制备方法。
背景技术
随着当今科技的发展，要求材料具备智能化、精细化、元件高密度集成、高能密度及超快传输等特性，这为纳米科技和纳米材料提供了广阔的应用空间。纳米材料由于其特殊光、点、电、磁学性能，已成为当前研究的热点。由于其性能尺寸的优越性以及在现代电子工业中的潜在应用已经引起了科学家们越来越多的关注。在纳米材料中，由于纳米级尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态相干长度等物理特征尺寸相当或更小，使得晶体周期性的边界条件被破坏；纳米微粒的表面层附近的原子密度减小；电子的平均自由程很短，而局域性和相干性增强。尺寸下降还使纳米体系包含的原子数大大下降，宏观固定的准连续能带转变为离散的能级。这些导致纳米材料宏观的声、光、电、磁、热、力学等的物理效应与常规材料有所不同，体现为量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观隧道效应等。
在纳米材料中，具有轴径比的一维金属纳米材料由于其独特的电、磁、热、光学性能以及在微电子器件、光电子器件、传感器等器件上的潜在应用而备受关注。在这些一维金属纳米线中，银纳米线由于具有很高的电导和热导性能而被研究的最多。在许多应用领域，银都具有潜在的用途，如银纳米线已经在偏光器件、光子晶体、催化剂以及生物和化学传感器等领域得到应用。
目前制备银纳米线的方法有很多，具有代表性的方法有硬模板法，如采用多孔阳极氧化铝模板，碳纳米管模板，气凝胶模板等。采用模板法制备纳米线的优点就是能够严格控制纳米线的形貌。但是由于纳米线是在模板中进行生长，纳米线的尺寸严格受到模板尺寸的控制，所以想制备不同尺寸的纳米线就必须先制备不同尺寸的模板，这就导致制备纳米线的成本过高。另外模板法制备纳米线的产量过低，很难适应工业上的大规模生产。现在采用得比较多的银纳米线的制备方法是溶液法，如湿热化学法、晶种生长法等。众所周知，一维纳米线结构并不是材料生长的最理想的结构，为了保证材料能沿着一维方向进行生长，传统的溶液化学法制备纳米线的过程中需要采用具有比较温和的还原性的还原剂，这就导致了反应很慢，一般需要数小时甚至几天，制备时间比较长。
发明内容
基于此，有必要提供一种制备时间较短的银纳米线的制备方法。
一种银纳米线的制备方法，包括以下步骤：
将水溶性银盐和分散剂加入含有多羟基液态有机物的水溶液中，超声分散后得到混合液；
将水溶性卤化物加入所述混合液中，溶解后得到反应母液；
将所述反应母液在100℃~190℃反应10min~60min，得到混合物；及
将所述混合物离心后收集沉淀，将所述沉淀洗涤后干燥，得到所述银纳米线。
在其中一个实施例中，所述水溶性银盐和所述分散剂的摩尔比为1:1~1:10。
在其中一个实施例中，所述水溶性卤化物和所述水溶性银盐的摩尔比为1:1~1:1000。
在其中一个实施例中，所述水溶性银盐选自硝酸银和醋酸银中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述聚乙烯吡咯烷酮选自聚乙烯吡咯烷酮K30、聚乙烯吡咯烷酮K60、聚乙烯吡咯烷酮K90和聚乙烯吡咯烷酮K120中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述超声分散的操作中超声波的功率为100W~500W。
在其中一个实施例中，所述水溶性卤化物选自氯化钠、氯化钾、氯化铜、氯化锌、氯化镁、溴化钾和溴化钠中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述干燥的操作为真空干燥、冷冻干燥或喷雾干燥。
在其中一个实施例中，所述多羟基液态有机物选自乙二醇和丙三醇中的至少一种。
在其中一个实施例中，所述多羟基液态有机物的水溶液中的多羟基液态有机物和水的体积比为1∶1~10:1。
上述银纳米线的制备方法通过将水溶性银盐、分散剂、多羟基液态有机物和水溶性卤化物反应，制备得到银纳米线。通过将反应母液在100℃~190℃的条件下反应10min~60min后，将混合物离心、洗涤、干燥后即可得到银纳米线，和传统的银纳米线的制备方法相比，该制备方法制备时间较短。
附图说明
图1为一实施方式的银纳米线的制备方法的流程图；
图2为实施例1制备得到的银纳米线的X射线衍射光谱图；
图3为实施例1制备得到的银纳米线的扫描电镜图；
图4为实施例2制备得到的银纳米线的扫描电镜图；
图5为实施例3制备得到的银纳米线的扫描电镜图；
图6为实施例4制备得到的银纳米线的扫描电镜图；
图7为实施例5制备得到的银纳米线的扫描电镜图；
图8为实施例6制备得到的银纳米线的扫描电镜图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
如图1所示，一实施方式的银纳米线的制备方法，包括以下步骤：
步骤S10、将水溶性银盐和分散剂加入含有多羟基液态有机物的水溶液中，超声分散后得到混合液。
水溶性银盐选自硝酸银和醋酸银中的至少一种。当水溶性银盐为硝酸银时，硝酸银在水、乙醇等大部分溶剂中具有更好的溶解性。
水溶性银盐和分散剂的摩尔比为1:1~1:10。当水溶性银盐和分散剂的摩尔比为1:5时，制备得到的银纳米线更好，这是由于分散剂的量过多，容易生成颗粒状的银，分散剂的量不足，又不利于辅助纳米银线的生长，也会生成的颗粒状的银。
水溶性银盐在含有多羟基液态有机物的水溶液中的浓度为0.4mol/L~1.6mol/L。
分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，聚乙烯吡咯烷酮选自聚乙烯吡咯烷酮K30、聚乙烯吡咯烷酮K60、聚乙烯吡咯烷酮K90和聚乙烯吡咯烷酮K120中的至少一种。当聚乙烯吡咯烷酮为聚乙烯吡咯烷酮K30时，制备得到的银纳米线更好，这是由于聚乙烯吡咯烷酮K30分子量适中，对于银纳米线的生长和分散更适合。
超声分散的操作中超声波的功率为100W~500W。
优选的，超声波的功率为200W。这是由于超声功率过低，反应物溶解时间长；超声功率过高，能耗大，并且容易引起混合液反应。
多羟基液态有机物选自乙二醇和丙三醇中的至少一种。当多羟基液态有机物为乙二醇时，由于乙二醇粘度低，有利于反应物的溶解。
多羟基液态有机物的水溶液中的多羟基液态有机物和水的体积比为1:1~10:1。为了降低原料成本，在保证能够充分还原银盐的前提下，尽量降低多羟基液态有机物的使用量。因此，选择多羟基液态有机物和水的体积比为1:1，可以降低原料成本。
多羟基液态有机物的水溶液中的水为去离子水、蒸馏水或二次蒸馏水。当多羟基液态有机物的水溶液中的水为去离子水时，由于去离子水的洁净度更高，杂质对反应的影响更小。
步骤S20、将水溶性卤化物加入混合液中，溶解后得到反应母液。
水溶性卤化物和水溶性银盐的摩尔比为1:1~1:1000。当水溶性卤化物和水溶性银盐的摩尔比为1:400时，制备得到的银纳米线更好，这是由于水溶性卤化物多了会影响产物的纯度，反之，不能充分减缓银离子还原的速率，对银纳米线的生长不利。
水溶性卤化物选自氯化钠、氯化钾、氯化铜、氯化锌、氯化镁、溴化钾和溴化钠中的至少一种。
水溶性卤化物为氯化钠，成本低，购买方便。
步骤S30、将反应母液在100℃~190℃反应10min~60min，得到混合物。
步骤S30在油浴中进行。反应母液盛装在自压反应釜中。
优选的，反应温度为120℃。这是由于反应温度太高，能耗大，反应剧烈，产物形貌的均一性不佳；反应温度太低，反应速率慢，时间长。
优选的，反应时间为20min。这是由于反应时间太长，反应效率低；反应时间太短，反应不够充分。
步骤S40、将混合物离心后收集沉淀，将沉淀洗涤后干燥，得到银纳米线。
洗涤的操作为用去离子水或者无水乙醇清洗。
干燥的操作为真空干燥、冷冻干燥或喷雾干燥。
优选的，干燥的操作为真空干燥。这是由于冷冻干燥，干燥时间较长，而喷雾干燥，能耗大，具有一定的危险性。
上述银纳米线的制备方法通过将水溶性银盐、分散剂、多羟基液态有机物和水溶性卤化物反应，基于水溶性卤化物中的卤素离子与银离子结合而生成卤化银，从而起到固定银离子而减少反应母液中银离子浓度的作用，减缓了银离子还原的速率，在这种情况下，反应母液中更倾向于形成多重孪晶晶种，随着反应的继续而生成纳米线状的银，得到银纳米线。
上述银纳米线的制备方法通过将反应母液在100℃~190℃的条件下反应10min~60min后，将混合物离心、洗涤、干燥后即可得到银纳米线，和传统的银纳米线的制备方法相比，该制备方法使用的时间较短。
上述银纳米线的制备方法成本低，制备条件简单，产率高，可控性好，能够重复地、稳定地制备出不同直径的银纳米线，并且银纳米线的形貌和尺寸均一。采用该制备方法制备的银纳米线纯度高、直径在40nm~120nm范围内、颗粒含量少。调整反应母液中各反应物的浓度和用量，该制备方法可一次性制备500克级银纳米线，适用于大规模生产。
下面为具体实施例部分。
实施例1
在200W超声水浴中，将6.8g硝酸银与22.2g聚乙烯吡咯烷酮K30混合并加入盛有100mL乙二醇的水溶液中(乙二醇和去离子水的体积分别为50mL和50mL)，均匀分散溶解后得到澄清溶液。
将5.8mg氯化钠加入到上述澄清溶液中，溶解后得到澄清的反应母液。
将反应母液转移到自压反应釜，并将自压反应釜置于120℃的油浴中，反应20min后，得到混合物。
将上述混合物冷却至室温，离心后收集沉淀，接着将沉淀用去离子水洗涤，真空干燥后得到固态银纳米线。
场发射扫描电镜(FE-SEM)的样品是将粉末样品分散在乙醇中并滴在样品台上，待乙醇挥发后，扫描电镜观察，扫描电镜型号为FEI SIRION。
图2是实施例1制备的银纳米线的X射线衍射光谱图（XRD），从图2可以看出银纳米线结晶完整。
图3是实施例1制备的银纳米线的扫描电镜照片，从图3可看出，所制备的银纳米线的平均直径约为40nm。
实施例2
在200W超声水浴中，将13.6g硝酸银与44.4g聚乙烯吡咯烷酮K30混合并加入盛有100mL乙二醇的水溶液中(乙二醇和去离子水的体积分别为50mL和50mL)，均匀分散溶解后得到澄清溶液。
将11.7mg氯化钠加入到上述澄清溶液中，溶解后得到澄清的反应母液。
将反应母液转移到自压反应釜，并将自压反应釜置于120℃的油浴中，反应20min后，得到混合物。
将上述混合物冷却至室温，离心后收集沉淀，接着将沉淀用无水乙醇洗涤，真空干燥后得到固态银纳米线。
场发射扫描电镜(FE-SEM)的样品是将粉末样品分散在乙醇中并滴在样品台上，待乙醇挥发后，扫描电镜观察，扫描电镜型号为FEI SIRION。
图4是实施例2制备的银纳米线的扫描电镜照片，从图4可看出，所制备的银纳米线的平均直径约为80nm。
实施例3
在200W超声水浴中，将20.4g硝酸银与66.6g聚乙烯吡咯烷酮K30混合并加入盛有100mL乙二醇的水溶液中(乙二醇和去离子水的体积分别为50mL和50mL)，均匀分散溶解后得到澄清溶液。
将17.6mg氯化钠加入到上述澄清溶液中，溶解后得到澄清的反应母液。
将反应母液转移到自压反应釜，将自压反应釜置于120℃的油浴中，反应20min后，得到混合物。
将上述混合物冷却至室温，离心后收集沉淀，接着将沉淀用无水乙醇洗涤，真空干燥后得到固态银纳米线。
场发射扫描电镜(FE-SEM)的样品是将粉末样品分散在乙醇中并滴在样品台上，待乙醇挥发后，扫描电镜观察，扫描电镜型号为FEISIRION。
图5是实施例3制备的银纳米线的扫描电镜照片，从图5可看出，所制备的银纳米线的平均直径约为100nm。
实施例4
在200W超声水浴中，将27.2g硝酸银与88.8g聚乙烯吡咯烷酮K30混合并加入盛有100mL乙二醇的水溶液中(乙二醇和去离子水的体积分别为50mL和50mL)，均匀分散溶解后得到澄清溶液。
将23.4mg氯化钠加入到上述澄清溶液中，溶解后得到澄清的反应母液。
将反应母液转移到自压反应釜，并将自压反应釜置于120℃的油浴中，反应20min后，得到混合物。
将上述混合物冷却至室温，离心后收集沉淀，接着将沉淀用无水乙醇洗涤，真空干燥后得到固态银纳米线。
场发射扫描电镜(FE-SEM)的样品是将粉末样品分散在乙醇中并滴在样品台上，待乙醇挥发后，扫描电镜观察，扫描电镜型号为FEISIRION。
图6是实施例4制备的银纳米线的扫描电镜照片，从图6可看出，所制备的银纳米线的平均直径约为120nm。
实施例5
在500W超声水浴中，将6.8g硝酸银与44.4g聚乙烯吡咯烷酮K30(摩尔比1∶10)混合并加入盛有110mL丙三醇的水溶液中(丙三醇和去离子水的体积分别为100mL和10mL)，均匀分散溶解后得到澄清溶液。
将2.96g氯化钾加入到上述澄清溶液中，溶解后得到澄清的反应母液。
将反应母液转移到自压反应釜，并将自压反应釜置于190℃的油浴中，反应10min后，得到混合物。
将上述混合物冷却至室温，离心后收集沉淀，接着将沉淀用无水乙醇洗涤，冷冻干燥后得到固态银纳米线。
场发射扫描电镜(FE-SEM)的样品是将粉末样品分散在乙醇中并滴在样品台上，待乙醇挥发后，扫描电镜观察，扫描电镜型号为FEI SIRION。
图7是实施例5制备的银纳米线的扫描电镜照片，从图7可看出，所制备的银纳米线的平均直径约为70nm。
实施例6
在100W超声水浴中，将6.68g醋酸银与22.21g聚乙烯吡咯烷酮K60(摩尔比1:5)混合并加入盛有90mL乙二醇和丙三醇的水溶液中(乙二醇和丙三醇的混合液和二次蒸馏水的体积分别为60mL和30mL)，均匀分散溶解后得到澄清溶液。
将5.34mg氯化铜加入到上述澄清溶液中，溶解后得到澄清的反应母液。
将反应母液转移到自压反应釜，并将自压反应釜置于110℃的油浴中，反应60min后，得到混合物。
将上述混合物冷却至室温，离心后收集沉淀，接着将沉淀用无水乙醇洗涤，喷雾干燥后得到固态银纳米线。
场发射扫描电镜(FE-SEM)的样品是将粉末样品分散在乙醇中并滴在样品台上，待乙醇挥发后，扫描电镜观察，扫描电镜型号为FEI SIRION。
图8是实施例6制备的银纳米线的扫描电镜照片，从图8可看出，所制备的银纳米线的平均直径约为50nm。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种银纳米线的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
将水溶性银盐和分散剂加入含有多羟基液态有机物的水溶液中，超声分散后得到混合液；
将水溶性卤化物加入所述混合液中，溶解后得到反应母液；
将所述反应母液，在100℃~190℃反应10min~60min，得到混合物；及
将所述混合物离心后收集沉淀，将所述沉淀洗涤后干燥，得到所述银纳米线。
2.根据权利要求1所述的银纳米线的制备方法，其特征在于，所述水溶性银盐和所述分散剂的摩尔比为1:1~1:10。
3.根据权利要求1所述的银纳米线的制备方法，其特征在于，所述水溶性卤化物和所述水溶性银盐的摩尔比为1:1~1:1000。
4.根据权利要求1所述的银纳米线的制备方法，其特征在于，所述水溶性银盐选自硝酸银和醋酸银中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的银纳米线的制备方法，其特征在于，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮，所述聚乙烯吡咯烷酮选自聚乙烯吡咯烷酮K30、聚乙烯吡咯烷酮K60、聚乙烯吡咯烷酮K90和聚乙烯吡咯烷酮K120中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的银纳米线的制备方法，其特征在于，所述超声分散的操作中超声波的功率为100W~500W。
7.根据权利要求1所述的银纳米线的制备方法，其特征在于，所述水溶性卤化物选自氯化钠、氯化钾、氯化铜、氯化锌、氯化镁、溴化钾和溴化钠中的至少一种。
8.根据权利要求1所述的银纳米线的制备方法，其特征在于，所述干燥的操作为真空干燥、冷冻干燥或喷雾干燥。
9.根据权利要求1所述的银纳米线的制备方法，其特征在于，所述多羟基液态有机物选自乙二醇和丙三醇中的至少一种。
10.根据权利要求1所述的银纳米线的制备方法，其特征在于，所述多羟基液态有机物的水溶液中的多羟基液态有机物和水的体积比为1:1~10:1。
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