CN106513697A - 一种纳米银线粉体的多次反应过滤制备工艺 - Google Patents

Abstract

本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种纳米银线粉体的多次反应过滤制备工艺。使用多元醇还原法，将银离子在保护剂的保护下，从溶液中还原，得到均一的纳米银线分散液，作为晶种；再在晶种分散液中加入多元醇、银离子、保护剂，再次进行反应，使晶种二次生长，得到二次纳米银线；再将二次纳米银线通过过滤的方式从其分散液中分离出，分散入多元醇中，加入银离子、保护剂，反应得到三次银线，以此类推。本发明使用多次反应法，可以按需要制备不同长度纳米银线粉体，使用过滤的方法分离纳米银线粉体，可以使纳米银线的生产成本大大降低，银线性能更优，应用范围得到提高。

Description

一种纳米银线粉体的多次反应过滤制备工艺

技术领域

本发明属于纳米材料制备领域，具体为一种纳米银线粉体的多次反应过滤制备工艺。

背景技术

纳米银线是一种平均直径在几十纳米，长度可达几至几百微米的一维单质银纳米材料，具有优良的导电性、导热性、催化性、抗菌性等。在导电胶、柔性透明导电膜、抗菌材料、半导体材料、特殊光学材料中有广阔应用前景。不过现在纳米银线的应用主要面临两大难题，性能不稳定和制备成本高。现有的纳米银线制备方法主要是用“一锅煮”的方法，将反应原料加入反应器中一次反应得到纳米银线分散液，通过调整反应原料的种类和浓度来调整纳米银线的参数性能。不过这种方法得到纳米银线调整尺度有限，而且反应的重现度较差，制备纳米银线性能不稳定；纳米银线一般需要从其反应分散液中分离出来，以方便应用，由于纳米银线的尺寸极小，一般使用高速离心的方式将其从其分散液中分离，产率低、产量低、成本高，难以大规模生产，导致了纳米银线的价格昂贵。

本发明着眼于解决纳米银线的性能不稳定和制备成本高两大缺点，使用一种多次反应过滤制备方法制备纳米银线粉体。首先使用传统制备工艺得到纳米银线的晶种，并通过多次反应的方法，使纳米银线晶种在二次、三次、更多次反应中生长，使纳米银线的长度能够反复增加。通过调节多次反应的次数，和多次反应中银盐的添加量，可以控制纳米银线的性能参数，长度、直径、长径比等参数都可以直接控制，得到所需特定性能参数的纳米银线粉体，而且重现性好；而使用过滤的方法将纳米银线从其分散液中分离出来，具有产率高、产量大、成本低的优势，适合于纳米银线的大规模低成本生产。

发明内容

本发明的目的在于提供一种纳米银线粉体的多次反应过滤制备工艺。

本发明的原理是通过多次反应的方法，可以方便的控制纳米银线的性能参数，制备出所需长度、直径的纳米银线，而且通过过滤的方法，可以快速的将纳米银线粉体从其分散液中高效、高产量的制备出来。

本发明提出的一种纳米银线粉体的多次反应过滤制备工艺，具体步骤如下：

（1）纳米银线晶种的制备：将聚乙烯吡咯烷酮溶解在乙二醇中，制成1g/L-25g/L的聚乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液，接着在溶液中加入浓度为1g/L-25g/L的可溶性银盐，溶解后，再加入2μM/L-18mM/L含有氯离子和铁离子或者铜离子的可溶性化合物，搅拌使所有化合物溶解，得到透明溶液；将透明溶液加热至80℃-200℃，搅拌反应保持30min-48h，得到银灰色纳米银线分散液；

（2）二次纳米银线的制备：以步骤（1）得到的纳米银线分散液作为晶种，向纳米银线分散液中加入乙二醇，纳米银线分散液的体积分数为1%-95%，加入0g/L-25g/L聚乙烯吡咯烷酮，溶解，接着加入浓度为1g/L-25g/L的可溶性银盐，待反应物完全溶解后，再加入2μM/L-18mM/L含有氯离子、铁离子或者铜离子的可溶性化合物，搅拌使所有化合物溶解；将该溶液加热至80℃-200℃，反应30min-48h，得到银灰色二次纳米银线分散液；

（3）二次纳米银线粉体的制备：将步骤（2）中得到的二次纳米银线分散液使用过滤的方法，将二次纳米银线粉体从二次纳米银线分散液中分离出来，使用溶剂清洗粉体1-5次，干燥，得到二次纳米银线粉体；

（4）三次纳米银线粉体的制备：以步骤（3）得到的二次纳米银线粉体作为晶种，将其溶解于乙二醇中，制备成0.1g/L-50g/L的分散液，向分散液中加入1g/L-25g/L聚乙烯吡咯烷酮，溶解，再加入浓度为1g/L-25g/L的可溶性银盐，待反应物完全溶解后，再加入2μM/L-18mM/L含有氯离子、铁离子或者铜离子的可溶性的化合物，搅拌使所有化合物溶解；将溶液加热至80℃-200℃，反应30min-48h，得到银白色三次纳米银线分散液；使用步骤（3）的方法，将三次纳米银线粉体从其分散液中粉体出来，得到三次纳米银线粉体；

（５）三次以上纳米银线粉体的制备：以步骤（４）得到的三次纳米银线粉体作为四次纳米银线粉体制备的晶种，重复步骤（4）的方法，得到四次纳米银线粉体；以此类推，得到更多次纳米银线粉体。

本发明中，步骤（1）、（2）和（4）中所用可溶性银盐为硝酸银、氰化银、乳酸银或醋酸银中一种。

本发明中，步骤（1）、（2）和（4）中所用铁离子或铜离子化合物为三价铁、二价铁、一价铜、二价铜的可溶性硝酸、盐酸、硫酸、磷酸、羧酸或乙酰丙酮化合物中任一种。

本发明中，步骤（1）、（2）和（4）中所用氯离子化合物为可溶解在乙二醇中的并可电离出氯离子的化合物。

本发明中，所述氯离子化合物为氯化钠、氯化钾、氯化铁、氯化铜或氯化铝中任一种。

本发明中，步骤(3)和（4）中所用过滤方法包括常压过滤、真空过滤、加压过滤或离心过滤中任一种。

本发明中，（3）和（4）中所述洗涤使用的溶剂为水、乙醇、乙酸乙酯、丙酮或乙醚中的一种或几种。

本发明中，步骤（3）和（4）中所用干燥方法包括常温干燥、加热干燥、红外干燥、真空加热干燥、微波干燥或冷冻干燥中任一种。

本发明的有益效果在于：

1.本发明使用多次反应的方法，可以按照需要制备出特定长度、直径、长径比的纳米银线，纳米银线的性能参数控制方便，可制备出极大长径比的纳米银线粉体。

2. 本发明使用过滤的方法将纳米银线粉体从其分散液中分离，相较于传统的高速离心的方法，具有效率高，产率高，产量大，成本低的优点。

附图说明

图1表示实施例制备二次纳米银线光学显微镜图像；

图2表示实施例制备二次纳米银线光学显微镜图像；

图3表示实施例制备三次纳米银线光学显微镜图像；

图4表示实施例制备三次纳米银线光学显微镜图像；

图5表示实施例制备四次纳米银线光学显微镜图像。

具体实施方式

下面的实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

实施例1：

（1）将0.2g聚乙烯吡咯烷酮溶解在25ml乙二醇中，搅拌溶解；等聚乙烯吡咯烷酮完全溶解后加入0.25g硝酸银，搅拌溶解；等硝酸银完全溶解后加入氯化铁，使铁离子浓度为50μM/L，氯离子浓度为150μM/L。搅拌溶解完全后，将溶液加热到160℃搅拌反应1h，溶液从透明变成灰色，得到纳米银线晶种分散液；

（2）取5ml步骤（1）制备的纳米银线晶种分散液，加入20ml乙二醇，再加入0.15g聚乙烯吡咯烷酮，0.25g硝酸银，50μM/L硝酸铁，搅拌使反应物完全溶解，再将溶液在130℃下静置反应5h，得到二次纳米银线分散液；

（3）使用减压抽滤的方法，将步骤（2）中制备的二次纳米银线从其分散液中分离出来，并用乙醇、丙酮、水洗涤三次，用真空干燥的方式将银线在50℃下在干燥30min，得到所需纳米银线粉体。

实施例2：

（1）将0.3g聚乙烯吡咯烷酮溶解在30ml乙二醇中，搅拌溶解；等聚乙烯吡咯烷酮完全溶解后加入0.20g硝酸银，搅拌溶解；等硝酸银完全溶解后加入硝酸铜和氯化钠，使铜离子浓度为100μM/L，氯离子浓度为200μM/L。搅拌溶解完全后，将溶液加热到180℃搅拌反应45min，溶液从透明变成灰色，得到纳米银线晶种分散液；

（2）取10ml步骤（1）制备的纳米银线晶种分散液，加入20ml乙二醇，再加入0.2g聚乙烯吡咯烷酮，0.2g硝酸银，100μM/L硝酸铜，搅拌使反应物完全溶解，再将溶液在150℃下60转/分钟低速搅拌反应2h，得到二次纳米银线分散液；

（3）使用减压抽滤的方法，将步骤（2）中制备的二次纳米银线从其分散液中分离出来，并用乙醇、丙酮、水洗涤三次，用红外干燥的方式将银线干燥2h，得到所需纳米银线粉体。

实施例3：

（1）使用实施例（1）中制备得到的纳米银线粉体，加入乙二醇制备成1.25g/L的分散液，加入0.2g聚乙烯吡咯烷酮，0.25g硝酸银，50μM/L乙酰丙酮铁，搅拌溶解，再将溶液在130度下反应5h，得到三次纳米银线分散液；

（2）使用减压抽滤的方法，将步骤（1）中制备的三次纳米银线从其分散液中分离出来，并用乙醇、丙酮、水洗涤三次，用真空干燥的方式将银线在50℃下干燥30min，得到所需三次纳米银线粉体。

实施例4：

（1）使用实施例（2）中制备得到的纳米银线粉体，加入乙二醇制备成1.25g/L的分散液，加入0.25g聚乙烯吡咯烷酮，0.2g硝酸银，100μM/L乙酰丙酮铜，搅拌溶解，再将溶液在150度下静置反应2h，得到三次纳米银线分散液；

（2）使用减压抽滤的方法，将步骤（1）中制备的三次纳米银线从其分散液中分离出来，并用乙醇、丙酮、水洗涤三次，用红外干燥的方式将银线干燥2h，得到所需三次纳米银线粉体。

实施例5：

（1）使用实施例（3）中制备得到的纳米银线粉体，加入乙二醇制备成0.75g/L的分散液，加入0.2g聚乙烯吡咯烷酮，0.15g硝酸银，50μM/L乙酰丙酮铁，搅拌溶解，再将溶液在130度下静置反应5h，得到四次纳米银线分散液；

（2）使用减压抽滤的方法，将步骤（1）中制备的三次纳米银线从其分散液中分离出来，并用乙醇、丙酮、水洗涤三次，用真空干燥的方式将银线在50℃下干燥30min，得到所需四次纳米银线粉体。

Claims (8)

1.一种纳米银线粉体的多次反应过滤制备工艺，其特征在于具体步骤如下：

（1）纳米银线晶种的制备：将聚乙烯吡咯烷酮溶解在乙二醇中，制成1g/L-25g/L的聚乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液，接着在溶液中加入浓度为1g/L-25g/L的可溶性银盐，溶解后，再加入2μM/L-18mM/L含有氯离子和铁离子或者铜离子的可溶性化合物，搅拌使所有化合物溶解，得到透明溶液；将透明溶液加热至80℃-200℃，搅拌反应保持30min-48h，得到银灰色纳米银线分散液；

（2）二次纳米银线的制备：以步骤（1）得到的纳米银线分散液作为晶种，向纳米银线分散液中加入乙二醇，纳米银线分散液的体积分数为1%-95%，加入0g/L-25g/L聚乙烯吡咯烷酮，溶解，接着加入浓度为1g/L-25g/L的可溶性银盐，待反应物完全溶解后，再加入2μM/L-18mM/L含有氯离子、铁离子或者铜离子的可溶性化合物，搅拌使所有化合物溶解；将该溶液加热至80℃-200℃，反应30min-48h，得到银灰色二次纳米银线分散液；

（3）二次纳米银线粉体的制备：将步骤（2）中得到的二次纳米银线分散液使用过滤的方法，将二次纳米银线粉体从二次纳米银线分散液中分离出来，使用溶剂清洗粉体1-5次，干燥，得到二次纳米银线粉体；

（4）三次纳米银线粉体的制备：以步骤（3）得到的二次纳米银线粉体作为晶种，将其溶解于乙二醇中，制备成0.1g/L-50g/L的分散液，向分散液中加入1g/L-25g/L聚乙烯吡咯烷酮，溶解，再加入浓度为1g/L-25g/L的可溶性银盐，待反应物完全溶解后，再加入2μM/L-18mM/L含有氯离子、铁离子或者铜离子的可溶性的化合物，搅拌使所有化合物溶解；将溶液加热至80℃-200℃，反应30min-48h，得到银白色三次纳米银线分散液；使用步骤（3）的方法，将三次纳米银线粉体从其分散液中粉体出来，得到三次纳米银线粉体；

（５）三次以上纳米银线粉体的制备：以步骤（４）得到的三次纳米银线粉体作为四次纳米银线粉体制备的晶种，重复步骤（4）的方法，得到四次纳米银线粉体；以此类推，得到更多次纳米银线粉体。

2.根据权利要求1所述的纳米银线粉体的多次反应过滤制备工艺，其特征在于步骤（1）、（2）和（4）中所用可溶性银盐为硝酸银、氰化银、乳酸银或醋酸银中一种。

3.根据权利要求1所述的纳米银线粉体的多次反应过滤制备工艺，其特征在于步骤（1）、（2）和（4）中所用铁离子或铜离子化合物为三价铁、二价铁、一价铜、二价铜的可溶性硝酸、盐酸、硫酸、磷酸、羧酸或乙酰丙酮化合物中任一种。

4.根据权利要求1所述的纳米银线粉体的多次反应过滤制备工艺，其特征在于步骤（1）、（2）和（4）中所用氯离子化合物为可溶解在乙二醇中的并可电离出氯离子的化合物。

5.根据权利要求４所述的纳米银线粉体的多次反应过滤制备工艺，其特征在于所述氯离子化合物为氯化钠、氯化钾、氯化铁、氯化铜或氯化铝中任一种。

6.根据权利要求1所述的纳米银线粉体的多次反应过滤制备工艺，其特征在于步骤(3)和（4）中所用过滤方法包括常压过滤、真空过滤、加压过滤或离心过滤中任一种。

7.根据权利要求1所述的纳米银线粉体的过滤制备筛选工艺，其特征在于步骤（3）和（4）中所述洗涤使用的溶剂为水、乙醇、乙酸乙酯、丙酮或乙醚中的一种或几种。

8.根据权利要求1所述的纳米银线粉体的过滤制备筛选工艺，其特征在于步骤（3）和（4）中所用干燥方法包括常温干燥、加热干燥、红外干燥、真空加热干燥、微波干燥或冷冻干燥中任一种。