CN108526480B - 一种低成本快速制备铜纳米线的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种低成本快速制备铜纳米线的方法，包括如下步骤：(1)先将硝酸铜和氯化铜两种二价铜盐粉末混合，加入高分子长链有机胺十六烷，再加入还原糖和去离子水，得到混合液A；(2)将混合液A置于室温下搅拌9～11h，搅拌完成后再加热5～6h，得到混合液B；(3)将混合液B离心，并将底部的沉淀物用60～90℃去离子水在6000r/min～9000r/min下离心洗涤；本发明不但操作简单快速，可制备得到长径比优良的铜纳米线，而且成本相比现有技术降低9％～20％，反应速率提高10％～15％。

Description

一种低成本快速制备铜纳米线的方法
技术领域
本发明涉及金属纳米线领域，特别涉及一种低成本快速制备铜纳米线的方法。
背景技术
在现代纳米科学技术领域中，铜纳米线由于具有独特的光学、电学、力学和热学性质而成为制备透明柔性导电电极的优良材料。铜价格低廉，铜的导电性仅仅比银低6％，而其储量比银丰富1000倍，价格仅仅是银或ITO的1％左右，自然存储量较大，是实际应用中替代贵金属的理想材料，有可能代替ITO和银纳米线。
如何制备单分散、稳定的铜纳米线也成为该领域的研究热点。在各种制备铜纳米线的方法中，液相还原法不仅可以解决以上问题，且该方法具有制备条件限制少、成本低、简单易行等优点而被广泛应用于铜纳米线的大量合成。例如申请号为201110144380.2的专利文献公开了单晶铜纳米线制备方法，将二价金属铜盐溶液和乙二胺混合后水浴加热形成单一、稳定的铜离子螯合物，将强碱溶液和水合肼混合后在同一温度水浴下配成还原剂；然后将这两种混合溶液转入反应容器中，充分摇匀后盖好，置于同一温度水浴中加热反应，制备铜纳米线；将漂浮在溶液上层的片状铜纳米线打捞出来，依次用去离子水和无水乙醇洗涤三次以上，在室温和Ar气保护条件下干燥即得铜纳米线。
又例如申请号为201210323822.4的专利文献公开了使用贵金属作为催化剂，100℃～200℃下反应2～20小时生成平静直径60nm的铜纳米线；申请号为201410346038.4的专利文献公开了100℃～150℃下使用油浴，得到直径为30～70nm的铜纳米线。
上述现有技术，为了制成膜以后的透光率和导电率，需要铜纳米线具有优良的长径比，工业生产中，繁琐的工艺和成本也是十分重要的。所以，在保证铜纳米线品质优良的前提下，去简化工艺，减少成本在柔性电极材料研究方面有着重要的研究意义。
发明内容
本发明提供了一种低成本快速制备铜纳米线的方法，混合硝酸铜和氯化铜制铜纳米线，减少成本的同时，不用密封和油浴，简单方便，还生成长径比优良的铜纳米线。
一种低成本快速制备铜纳米线的方法，包括如下步骤：
(1)先将硝酸铜和氯化铜两种二价铜盐粉末混合，加入高分子长链有机胺，再加入还原糖和去离子水，得到混合液A；
(2)将混合液A置于室温下搅拌9～11h，搅拌完成后再加热5～6h，得到混合液B；
(3)将混合液B离心，并将底部的沉淀物用去离子水离心洗涤。
本发明混合硝酸铜和氯化铜生成的铜纳米线，不但操作简单快速，还制备得到直径为15～90nm，长度为3um～110um的铜纳米线，长径比优良；而且因为采用硝酸铜和氯化铜混合的二价铜盐，成本相对现有技术降低9％～20％，反应速率提高10％～15％。
高分子长链有机胺可以为十六胺、十六烷基叔胺、十八胺或十四胺。优选的，所述高分子长链有机胺为十六胺，制备出的铜纳米线最优良。
优选的，步骤(1)中，混合的硝酸铜与氯化铜中铜的摩尔比为1:9～7:3。混合铜源，降低成本，提高反应速率和铜纳米线的产率。进一步优选的，步骤(1)中，混合的硝酸铜与氯化铜中铜的摩尔比为1:9～2:8。进一步优选的，混合的硝酸铜与氯化铜中铜的摩尔比为2:8～7:3。
优选的，步骤(1)中，所述还原糖为葡萄糖或者蔗糖。弱还原剂，原材料便宜，无毒无味。
优选的，步骤(1)中，所述还原糖与二价铜离子的摩尔比为1.5:1～2.5:1。这个比例范围内，能够充分还原铜离子，提高材料利用率，从而生成铜纳米线。
优选的，步骤(2)中，搅拌速度为100～500r/min。有利于包覆剂(也就是高分子长链十六胺等)充分包覆，利于铜纳米线定向生长。
优选的，步骤(2)中，保持90℃～110℃下加热。这个温度范围下，晶核的生长和铜纳米线的生长能够良好的进行，温度过高铜纳米线会过粗，温度过低铜纳米线会很短(这个温度范围有利于铜纳米线的长径比)。
优选的，步骤(3)中，底部的沉淀物用75～85℃去离子水在7000r/min～9000r/min下离心洗涤。在这个温度和这个转速下洗涤就是为了将前期加入的过量包覆剂更好的洗去。
本发明的有益效果：
本发明混合硝酸铜和氯化铜制铜纳米线的方法，不但操作简单快速，可制备得到长径比优良的铜纳米线，而且成本相比现有技术降低9％～20％，反应速率提高10％～15％。
附图说明
图1是实施例1方法得到的铜纳米线的X射线衍射图。
图2是实施例1方法得到的铜纳米线的扫描电镜图。
图3是实施例2方法得到的铜纳米线的扫描电镜图。
图4是实施例3方法得到的铜纳米线的扫描电镜图。
图5是实施例3方法得到的铜纳米线的另一个扫描电镜图。
具体实施方式
为了易于明白了解，下面结合附图，以具体实施例来详细说明本发明的技术方法，但本发明不局限于以下实施例，可以根据实际情况进行调整。
实施例1
本实施例的低成本快速制备铜纳米线的方法包括以下步骤：
(1)称量氯化铜粉末18.9mg，称量硝酸铜粉末3mg，称量十六胺160mg，称量葡萄糖粉末50mg，放置于菌种瓶中，加入去离子水与磁子，配置成10ml的混合液A；
(2)在室温下将混合液A以300r/min速度搅拌10h，得到均匀分散的铜离子络合物，关闭搅拌，100℃下加热6h，得到混合液B；
(3)将混合液B从菌种瓶中取出后用80℃去离子水在8000r/min下离心洗涤。
图1是实施例1制备的铜纳米线的X射线衍射光谱图，由图1可知，所制备的产品为纯净的面心立方结构的金属铜纳米线。图2是实施例1制备的铜纳米线的扫描电镜图，由图1和图2可知，所制备的产品为纯铜纳米线，其平均直径为25nm。
实施例2
本实施例的低成本快速制备铜纳米线的方法包括以下步骤：
(1)称量氯化铜粉末16.8mg，称量硝酸铜粉末6mg，称量十六胺170mg，称量葡萄糖粉末50mg，放置于菌种瓶中，加入去离子水与磁子，配置成10ml的混合液A；
(2)在室温下将混合液A以300r/min速度搅拌11h，得到均匀分散的铜离子络合物，关闭搅拌，100℃下加热6h，得到混合液B；
(3)将混合液B从菌种瓶中取出后用80℃去离子水在9000r/min下离心洗涤。
图3是实施例2制备的铜纳米线的扫描电镜图，由图3可知，所制备的产品为纯铜纳米线，其平均直径为30nm。
实施例3
本实施例的低成本快速制备铜纳米线的方法包括以下步骤：
(1)称量氯化铜粉末14.7mg，称量硝酸铜粉末9mg，称量十六胺160mg，称量葡萄糖粉末50mg，放置于菌种瓶中，加入去离子水与磁子，配置成10ml的混合液A；
(2)在室温下将混合液A以300r/min速度搅拌9h，得到均匀分散的铜离子络合物，关闭搅拌，100℃下加热6h，得到混合液B；
(3)将混合液B从菌种瓶中取出后用80℃去离子水在8000r/min下离心洗涤。
图4和图5均是实施例3制备的铜纳米线的扫描电镜图，所制备的产品为纯铜纳米线，其平均直径为40nm。
综上所述，上述三个实施例就是针对混合铜源的比例进行调整，实施例1、实施例2和实施例3中氯化铜与硝酸铜中铜的摩尔比就是按照9:1、8:2和7:3进行混合，可以看出本发明方法可行且有效，可制备得到长径比优良的铜纳米线。

Claims (1)

1.一种低成本快速制备铜纳米线的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)称量氯化铜粉末18.9mg，称量硝酸铜粉末3mg，称量十六胺160mg，称量葡萄糖粉末50mg，放置于菌种瓶中，加入去离子水与磁子，配置成10ml的混合液A；
(2)在室温下将混合液A以300r/min速度搅拌10h，得到均匀分散的铜离子络合物，关闭搅拌，100℃下加热6h，得到混合液B；
(3)将混合液B中沉淀物从菌种瓶中取出后用80℃去离子水在8000r/min下离心洗涤。
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