CN110385444B - 一种纳米铜线及湿化学法制备纳米铜线的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纳米材料的技术领域，具体指一种纳米铜线及湿化学法制备纳米铜线的方法；本发明首先将CuSO4·5H2O溶液和NaOH溶液加入至圆底烧瓶中，搅拌混合；再加入一定量的导向剂1,2‑丙二胺至上述溶液中；将圆底烧瓶放入30ºC水浴中，搅拌反应混合一定时间后，再升温至反应温度；按一定流速将一定配比的水合肼溶液逐滴滴加至上述溶液中，滴加完毕停止反应，混合溶液经过滤、洗涤后，将反应产物保存在于无水乙醇溶液中。该方法制备的长径比为16‑30:1的纳米铜线。

Description

一种纳米铜线及湿化学法制备纳米铜线的方法
技术领域
本发明属于纳米材料的技术领域，具体指一种纳米铜线及湿化学法制备纳米铜线的方法。
背景技术
金属纳米线具有较大的比表面积，有较好的传输和催化性质，具备了较高的灵敏度，电流响应和稳定性。金属铜具有良好的热、电传导性，也是所有的金属中作为连接导线使用最多的材料，具有储藏量大，价格低廉等特点。如果把这两者相结合，铜纳米线可能在未来的纳、微电子技术领域内被广泛的应用，也可能取代稀有贵金属、促进金属催化领域的飞速发展。因而，关于铜纳米线的制备及性能研究也越来越受到人们的关注。
由于纳米材料具有广泛的应用前景，纳米材料的制备方法是国内外专家学者研究的热点。尽管在纳米铜线的合成研究中，已经取得了一定的成果，但是仍有许多“瓶颈”阻碍了该领域的发展。例如，无法准确控制纳米铜线的微观结构；影响纳米铜线尺寸可控构筑的关键因素等缺乏指导性的理论研究。目前市场对纳米材料的制备要求生产成本低，工艺简单，生产绿色环保。因此，系列性的研究纳米铜线尺寸可控构筑，具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的问题之一，而提出了一种纳米铜线及其制备方法。
本发明首先提供一种纳米铜线，所述纳米铜线的长径比为16-30:1。
本发明还提供一种纳米铜线的制备方法，包括如下步骤：
按一定配比将CuSO4·5H2O溶液和NaOH溶液加入至反应器皿中，搅拌混合；
其中，所述硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液的浓度比为1:20-40；所述的硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1: 0.5-2；所述搅拌速度为10-20转/分钟。
将一定量的导向剂加入至得到的混合溶液中；
其中，所述的导向剂为1,2-丙二胺，其中，硫酸铜与1,2-丙二胺的摩尔比为：1:30-1:50。
将反应器皿放入30 ºC水浴中，搅拌反应混合一定时间后，再升温至反应温度；
其中，所述的搅拌混合时间为0.5 -8 小时；反应温度为60-80℃。
按一定流速将水合肼溶液逐滴滴加至上述溶液中，滴加完毕停止反应，混合溶液经过滤、洗涤后，将反应产物保存在于无水乙醇溶液中。
其中，所述的硫酸铜与水合肼的摩尔比为1:15-35；所述水合肼溶液的滴加速度为：10-30 mL/小时；离心洗涤速率为9000转/分钟。
本发明上述方法制备纳米铜线，工艺简单，成本低，有利于工业生产。
本发明采用是湿化学还原法，首先利用还原剂将铜离子还原制备成粒径小的铜晶粒，然后在1,2-丙二胺导向剂的作用下进行融合生长，最终形成多晶结构的纳米铜线。
本发明的有益效果为：
（1）该方法在水溶液中进行，无需有机溶剂。
（2）该方法实验操作容易简单，原料成本低，产率高。
（3）该方法制备的长径比为16:1-30:1 的纳米铜线，催化活性好。
附图说明：
图1为实施例1所得纳米铜线的SEM图。
图2为实施例2所得纳米铜线的SEM图。
图3为实施例3所得纳米铜线的SEM图。
具体实施方式
以下为本发明的实施例，能够更好地理解本发明，但本发明的实施例不限于此，同时其所示数据不代表对本发明特征范围的限制。
实施例1：
(1)称取1.87 g的硫酸铜（CuSO4•5H2O）和6 g的氢氧化钠（NaOH）分别溶于50mL去离子水中，分别配制成0.15 moL•L-1 和3 moL•L-1的溶液；
(2)将硫酸铜和氢氧化钠溶液按照1:0.5的体积比，分别加入10 mL硫酸铜溶液、5mL氢氧化钠溶液至100 mL圆底烧瓶中，以10转/分钟的速度搅拌混合，按配比再加入4 mL1,2-丙二胺溶液于其中；
(4)将圆底烧瓶放入30℃的水浴中，搅拌反应0.5小时后，升温至60℃；
(5)以10 mL/小时的流速将50 mL的0.45 mol/L水合肼溶液滴加入上述溶液中，滴加完毕，停止反应；
(6) 用无水乙醇将反应产物在离心速率为9000转/分钟速率下洗涤10次，反应产物保存在无水乙醇中。
制备的纳米铜线性质见附图1、表1。
图1为实施例1实验条件下制备的纳米铜SEM图。从图上发现，在该实施例条件下，制备的纳米铜由纳米铜线与纳米铜颗粒组成，其中纳米铜线与纳米铜颗粒比例为3:2，其中纳米铜线的长径比为22:1。
实施例2：
(1)称取1.87 g的硫酸铜（CuSO4•5H2O）和9 g的氢氧化钠（NaOH）溶于去离子水中，分别配制成0.15 moL•L-1 和4.5 moL•L-1的溶液；
(2)将硫酸铜和氢氧化钠溶液按照1:1的体积比，分别加入10 mL硫酸铜溶液、10mL氢氧化钠溶液至100 mL圆底烧瓶中，以15转/分钟的速度搅拌混合，按配比再加入5 mL1,2-丙二胺溶液于其中；
(4)将圆底烧瓶放入30℃的水浴中，搅拌反应2小时后，升温至70℃；
(5)以15 mL/小时的流速将50 mL的0.75mol/L水合肼溶液滴加入上述溶液中， 滴加完毕，停止反应；
(6) 用无水乙醇将反应产物在离心速率为9000转/分钟速率下洗涤10次，反应产物保存在无水乙醇中。
制备的纳米铜线性质见附图2、表1。
图2为实施例2实验条件下制备的纳米铜SEM图。对比实施例1，在该实施例条件下，制备的纳米铜的形貌主要为线状，只有少量球形颗粒，其中纳米铜线与纳米铜颗粒比例为4:1，纳米铜线的长径比为30:1，表明浓度配比对颗粒形貌有重要影响。
实施例3：
(1)称取1.87 g的硫酸铜（CuSO4•5H2O）和12 g的氢氧化钠（NaOH）溶于去离子水中，分别配制成0.15 moL•L-1 和6 moL•L-1的溶液；
(2)将硫酸铜和氢氧化钠溶液按照1:2的体积比，分别加入10 mL硫酸铜溶液、20mL氢氧化钠溶液至100 mL圆底烧瓶中，以20转/分钟的速度搅拌混合，按配比再加入6 mL1,2-丙二胺溶液于其中；
(4)将圆底烧瓶放入30℃的水浴中，搅拌反应8小时后，升温至80℃；
(5)以30 mL/小时的流速将50 mL的1.05 mol/L水合肼溶液滴加入上述溶液中，滴加完毕，停止反应；
(6) 用无水乙醇将反应产物在离心速率为9000转/分钟速率下洗涤10次，反应产物保存在无水乙醇中。
制备的纳米铜线性质见附图3、表1。
图3为实施例3实验条件下制备的纳米铜SEM图。对比实施例1、2，在该实施例条件下，球形颗粒明显增多，表明该实验条件不利于线状纳米铜的生成。其中纳米铜线与纳米铜颗粒比例为2:1，纳米铜线的长径比为16:1。
实施例4：
分别称取0.28g 以1,2-丙二胺作为导向剂反应2h时制备的纳米铜线和球形纳米铜颗粒分散于油漆（常规市售、颜色不限）中，将其混合均匀铺平，自然晾干6h后，用RTS-8型四探针测试仪测的其方阻分别为1251.3 KΩ/□和1980.2 KΩ/□，结果表明纳米铜线的存在下提高了铜的导电性能。同时，将制备的不同长径比的纳米铜线分散于油漆中，经测试分析发现，随着纳米铜线的长径比的增加其导电性能也随之得到提高。当选用30%(这里指的是加入的纳米铜线在纳米铜线和油漆混合溶液的质量占比)的长径比为 30:1 的纳米铜线进行性能测试分析时，其方阻仅为102 KΩ/□，显示出优异的导电性能。
表1：不同实验条件下制备的纳米铜样品尺寸
Figure DEST_PATH_IMAGE002

Claims (4)

1.一种纳米铜线的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
按一定配比将CuSO4·5H2O溶液和NaOH溶液加入至反应器皿中，搅拌混合；所述硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液的浓度比为1:20-40；
将一定量的导向剂1,2-丙二胺加入至得到的混合溶液中；所述硫酸铜与1,2-丙二胺的摩尔比为：1:30-1:50
将反应器皿放入水浴中，搅拌反应混合一定时间后，再升温至反应温度；所述的搅拌混合时间为0.5 -8 小时；反应温度为60-80℃；
按一定流速将水合肼溶液逐滴滴加至上述溶液中，滴加完毕停止反应，混合溶液经过滤、洗涤后，将反应产物保存在于无水乙醇溶液中；所述的硫酸铜与水合肼的摩尔比为1:15-35。
2.根据权利要求1所述的一种纳米铜线的制备方法，其特征在于，所述的硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液的体积比为1: 0.5-2。
3.根据权利要求1所述的一种纳米铜线的制备方法，其特征在于，所述将反应器皿放入水浴中时，水浴温度为30℃。
4.根据权利要求1所述的一种纳米铜线的制备方法，其特征在于，所述水合肼溶液的滴加速度为：10-30 mL/小时。
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