CN112154038B - 银纳米线的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种银纳米线的制造方法,其特征在于,在多元醇中使用生长控制剂和卤化物盐,由银盐得到银纳米线,进一步使用下述通式(1)表示的α-羟基羰基化合物(a)。(其中,通式(1)中,R表示氢原子、碳原子数1~6的烃基中的任一者)
Description
技术领域
本发明涉及一种银纳米线的制造方法,其特征在于,在多元醇中使银盐在生长控制剂、卤化物盐、具有特定的部分结构的α-羟基羰基化合物存在下发生反应。
背景技术
近年来,液晶显示器、等离子体显示器、有机电致发光显示器、电子纸等显示装置、触控面板等输入传感器、薄膜型非晶Si太阳能电池、色素敏化太阳能电池等利用太阳光的太阳能电池等的利用正在增加,作为这些设备所必需的部件的透明导电膜的需要也正在增加。
作为该透明导电膜材料,主要使用以透明氧化物ITO(In和Sn的氧化物)为主成分的薄膜。为了得到高透明性和高导电性,使用ITO的薄膜一般利用溅射装置、蒸镀装置通过气相法来制作,该制作方法中装置大型且复杂,并且制作中消耗大量的能量,因此要求开发出能够减少制造成本、环境负荷的技术。另外,另一方面,透明导电材料趋于大面积化,与此同时对透明导电材料的轻量化、柔软性、低电阻化的要求正在提高。
与此相对,研究了可利用湿式制法且轻量性和柔软性高的含有金属元素的纳米线的透明导电膜。由于金属元素的纳米线的直径为250nm以下,较小,因此可期待作为可见光区域的透光性高、代替ITO的透明导电膜的应用。特别是,使用银纳米线的透明导电膜由于具有高导电性和稳定性,因此受到瞩目。
作为这样的银纳米线的制造方法,提出了如下制造方法:以作为还原剂发挥作用的乙二醇等多元醇为溶剂,使成为银纳米线来源的银化合物与卤化物离子和生长控制剂一起反应(例如,参照专利文献1)。
然而,在使用多元醇的银纳米线的制造方法中,即使以相同的反应条件尝试制造时,也具有因多元醇的制造批次不同而无法稳定地制造具有一定形状(长轴长、直径)的纳米线这样的再现性的问题。因此,专利文献2中作出了进行氮吹扫等改良。
另一方面,由于含有银纳米线的透明导电膜的银纳米线的直径越小,具有越高的透明性,因此在透明导电膜的制造中优选更细的银纳米线。然而,上述专利文献2的方法中仅可得到具有75nm左右的平均直径的银纳米线。因此,正在积极地研究线的直径小的银纳米线的制造方法。
例如,专利文献3中公开了如下技术:通过在上述专利文献1中进一步以特定的比例使用碱金属氢氧化物和铝盐,从而稳定地制造细(平均直径50nm以下)且长(平均长度10μm以上)的银纳米线。该方法虽然能够制造具有一定形状的银纳米线,但存在制造耗费时间的课题。
另外,专利文献4中示出了用于生产具有被明确定义的尺寸分布的银纳米线的合成和精制的工序,并公开了含有以特定的制造方法得到的银纳米线的涂布液中,长径比至少为3的银纳米结构超过80%的直径小于25nm。然而,根据该方法,虽然能够以高收率制造具有一定的形状·品质的银纳米线,但具有因分2次添加银盐而合成步骤繁琐且因制造耗费时间而生产率变低这样的课题。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:美国专利申请公开第2008/0210052号公报
专利文献2:日本特表2013-503260号公报
专利文献3:日本特开2015-180772号公报
专利文献4:日本特表2017-515983号公报
发明内容
鉴于上述的现有技术的课题,本发明的课题在于提供一种能够利用简便的方法高效且稳定地制造具有一定形状(长轴长、直径)的银纳米线的方法。
本发明人为了解决上述课题而进行了深入研究,结果发现使用一种银纳米线的制造方法时,能够消除上述课题,从而完成了本发明,所述银纳米线的制造方法的特征在于,在多元醇中使生长控制剂、卤化物盐和银盐在具有特定的部分结构的α-羟基羰基化合物存在下反应。
即,本发明如下。
(1)一种银纳米线的制造方法,其特征在于,在多元醇中使用生长控制剂和卤化物盐,由银盐得到银纳米线,进一步使用下述通式(1)表示的α-羟基羰基化合物(a)。
(a)〔通式(1)〕
(其中,通式(1)中,R表示氢原子、碳原子数1~6的烃基中的任一者)
(2)根据上述(1)所述的银纳米线的制造方法,其中,上述α-羟基羰基化合物(a)为羟基丙酮或α-羟基苯乙酮。
(3)根据上述(1)或(2)所述的银纳米线的制造方法,其中,上述银盐为硝酸银。
(4)根据上述(1)~(3)中任一项所述的银纳米线的制造方法,其中,上述α-羟基羰基化合物(a)与银盐中的银原子的摩尔比为0.20~3.0。
(5)根据上述(1)~(4)中任一项所述的银纳米线的制造方法,其中,包括在反应温度下将含有上述α-羟基羰基化合物(a)的第1溶液与含有银盐的第2溶液用10分钟以上进行混合的工序。
(6)根据上述(1)~(5)中任一项所述的银纳米线的制造方法,其中,生长控制剂相对于反应液的浓度为0.40质量%以上。
(7)根据上述(1)~(6)中任一项所述的银纳米线的制造方法,其中,卤化物盐中的卤素原子与银盐中的银原子的摩尔比为0.010~0.30。
根据本发明的银纳米线的制造方法,即使多元醇的制造批次改变,也能够用比以往技术更短的时间高效地得到具有一定形状的银纳米线。另外,与不使用本发明中规定的α-羟基羰基化合物时相比,即便以更低的温度也能够能量效率良好地进行反应。
具体实施方式
以下,对本发明进行详细说明。
[多元醇]
作为本发明中使用的多元醇,只要是能够还原银离子的化合物就没有特别限制,可以根据目的从具有2个以上羟基的化合物中适当地选择至少1种。作为本发明中可优选使用的多元醇,例如可举出乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、己二醇、二乙二醇、二丙二醇、三乙二醇、三丙二醇等二醇类和它们的异构体、甘油、丁三醇、戊三醇、己三醇等三醇类和它们的异构体、丁四醇、戊四醇、己四醇等四醇类和它们的异构体、戊五醇、己五醇等五醇类和它们的异构体、己六醇等六醇类和它们的异构体。这些之中,从常温下为液体、生长控制剂容易溶解的方面考虑,优选碳原子数为1~5的饱和烃的二醇、碳原子数为1~5的饱和烃的三醇。其中,更优选使用乙二醇、1,2-丙二醇(丙二醇)、1,3-丙二醇、甘油,进一步优选使用丙二醇。
[生长控制剂]
本发明中使用的生长控制剂没有特别限制,可以根据目的适当地选择至少一种聚合物。作为具体例,可举出聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚(甲基)丙烯酰胺、聚N取代(甲基)丙烯酰胺、聚(甲基)丙烯酸酸和其衍生物、聚乙烯醇或以它们为主成分的共聚物。这些之中,优选具有酰胺基的聚合物,更优选聚乙烯吡咯烷酮、聚N取代(甲基)丙烯酰胺,进一步优选聚乙烯吡咯烷酮。这里使用的N取代(甲基)丙烯酰胺只要是(甲基)丙烯酰胺的N位的氢原子被1个以上烷基、羟基烷基、芳基、烷氧基烷基等官能团取代的丙烯酰胺就没有特别限定。上述聚合物的分子结构可以为直链结构,也可以在不阻碍向分散溶剂的溶解性的程度下具有交联结构。另外,可以在不阻碍向多元醇的溶解性、银纳米线的形成的程度下共聚导入其它单体作为上述聚合物的聚合成分。
作为可共聚的其它单体的具体例,可举出(甲基)丙烯酸乙酯、(甲基)丙烯酸丁酯、(甲基)丙烯酸-2-乙基己酯、(甲基)丙烯酸环己酯、(甲基)丙烯酸苯酯、(甲基)丙烯酸苄酯、(甲基)丙烯酸异冰片酯、(甲基)丙烯酸二甲基氨基乙酯等(甲基)丙烯酸酯类、苯乙烯、α-甲基苯乙烯、乙烯基萘等芳香族乙烯类、(甲基)丙烯酰胺等N无取代(甲基)丙烯酰胺类、乙酸乙烯酯、丙酸乙烯酯、丁酸乙烯酯、环己烷羧酸乙烯酯、苯甲酸乙烯酯、肉桂酸乙烯酯、山梨酸乙烯酯等羧酸乙烯酯类、(甲基)丙烯酸、巴豆酸、马来酸、富马酸、衣康酸、乌头酸等不饱和羧酸类、(甲基)烯丙醇、(甲基)烯丙基磺酸、(甲基)烯丙基胺等(甲基)烯丙基化合物类、N-乙烯基甲酰胺、N-乙烯基乙酰胺、N-乙烯基丙酰胺等N-乙烯基羧酸酰胺类、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶、N-乙烯基咪唑、N-乙烯基咔唑等含有乙烯基的杂环类。关于具有离子性的单体,包括它们的盐类。
生长控制剂的重均分子量优选1万~300万,更优选10万~200万。生长控制剂的重均分子量小于1万时,由于银微粒的生成变多,因此银纳米线的收率降低。大于300万时,银纳米线容易变粗。
[卤化物盐]
本发明中使用的卤化物盐只要是通过将无机盐或有机盐溶解于极性溶剂中来解离卤化物离子的化合物就没有特别限制,可以根据目的而适当地选择至少一种。作为卤化物盐的具体例,可举出氯化锂、氯化钠、氯化钾等碱金属氯化物、溴化锂、溴化钠、溴化钾等碱金属溴化物、碘化锂、碘化钠、碘化钾等碱金属碘化物、氯化镁、氯化钙等碱土金属氯化物、溴化镁、溴化钙等碱土金属溴化物、氯化铝、溴化铝等碱土金属卤化物、氯化锌、溴化锌等锌族金属卤化物、氯化锡等碳族金属卤化物、氯化锰、氯化铁、溴化铁、氯化钴、氯化镍、溴化镍、氧氯化锆等过渡金属卤化物、盐酸肼、三甲胺盐酸盐、三乙胺盐酸盐、乙醇胺盐酸盐、二乙醇胺盐酸盐、三乙醇胺盐酸盐、二甲基乙醇胺盐酸盐、甲基二乙醇胺盐酸盐、环己胺盐酸盐、乙二胺盐酸盐、二亚乙基四胺盐酸盐、三亚乙基五胺盐酸盐、苯胺盐酸盐等胺盐酸盐、丙氨酸盐酸盐、精氨酸盐酸盐、赖氨酸盐酸盐、半胱氨酸盐酸盐等氨基酸盐酸盐、氯化铵、溴化铵、四丁基氯化铵、四丁基溴化铵、苄基三乙基氯化铵等铵盐卤化物、四丁基氯化四苯基溴化等盐卤化物等。
这些可以单独使用,也可以组合使用2种以上。特别优选使用氯化物盐、溴化物盐,单独使用氯化物盐时,虽然收率高,但线变粗,单独使用溴化物盐时,收率降低,因此优选将氯化物盐和溴化物盐组合使用。这些之中,优选使用氯化锂、氯化钠、氧氯化锆、氯化铵、溴化钠、溴化钾。另外,[氯化物中的氯原子的总摩尔数]/[溴化物中的溴原子的总摩尔数](记载为“Cl/Br”)优选为0.10~15,更优选为0.80~8.0,进一步优选为1.5~5.0。小于0.10时,收率变低,大于15时,线变粗。
[银盐]
作为本发明中使用的银盐,除银配合物以外,只要是可被多元醇还原的银化合物就没有特别限制,可以根据目的而适当地选择至少一种。作为本发明中可使用的银盐的具体例,可举出硝酸银、氯化银、硫酸银、氨基磺酸银、氯酸银、高氯酸银等无机酸盐类、乙酸银、乳酸银等有机酸盐类。这些之中,优选使用硝酸银。应予说明,银配合物是指具有除抗衡阴离子以外的配体的银化合物,例如作为配体,可举出氨、硫脲、三苯基膦等膦类。另外,本发明中,生长控制剂、多元醇、其它反应溶剂不包含在配体中。
[α-羟基羰基化合物]
本发明的制造方法的特征在于,在多元醇中使银纳米线析出时,预先使具有特定结构的α-羟基羰基化合物共存。通过预先使该α-羟基羰基化合物共存,能够收率良好地制造细的银纳米线。已知通过使该α-羟基羰基化合物共存,与不使用的情况相比,能够以更低的温度进行反应,由此,认为α-羟基羰基化合物与多元醇一起具有作为银盐的还原剂的功能。
本发明中使用的α-羟基羰基化合物是下述通式(2)表示的α-羟基羰基化合物。
〔通式(2)〕
(其中,通式(2)中,R表示氢原子、碳原子数1~6的烃基中的任一者)
具体而言,可举出羟基丙酮、α-羟基苯乙酮、1-羟基-2-丁酮、1-羟基-2-戊酮、1-羟基-3-甲基-2-丁酮等。这些之中,优选使用羟基丙酮、α-羟基苯乙酮,更优选使用羟基丙酮。
上述通式(2)表示的α-羟基羰基化合物以外的α-羟基羰基化合物(例如乙偶姻)时,得不到期望的还原力。其明确的理由尚不清楚,但例如考虑到羟基羰基骨架不在末端而存在于内部时,可以推测得不到期望的还原力,这是因为在末端时反应体系中推测为还原能高的甲酰基能够平衡地生成,但在内部时不存在这样的贡献。
[其它反应溶剂]
作为本发明中使用的溶剂,可以以不阻碍生长控制剂的溶解性、银纳米线的生成的程度下加入除多元醇以外的反应溶剂。例如可举出水、或者甲醇、丙醇等醇类、或者甲基乙基酮、甲基异丁基酮等酮类、乙二醇单甲基醚、乙二醇二甲醚、二乙二醇单甲醚、二乙二醇二甲醚、乙二醇单甲醚乙酸酯、丙二醇单甲醚、四氢呋喃、二烷等醚类、甲酰胺、乙酰胺、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺、N-甲基-2-吡咯烷酮等酰胺类,但并不限定于此。
[反应温度]
本发明的银纳米线的制造方法中的反应温度只要是可形成银纳米线的温度,就可以为任意的温度,优选为50~200℃,更优选为100~170℃,进一步优选为100~150℃。低于50℃时,银纳米线形成过于耗费时间,超过200℃时,难以得到均质的线。
[反应时间]
本发明的银纳米线的制造方法中的反应时间只要是可形成银纳米线的时间就可以任意地设定,但从制造成本的观点考虑,优选72小时以内。
[各原料的投入方法]
本发明中使用的各原料的投入方法可以预先溶解于多元醇、其它反应溶剂等使用溶剂后投入到反应容器中,也可以向反应容器中投入使用溶剂后投入各原料,但从容易均匀混合的方面考虑,优选预先溶解于使用溶剂后投入。各原料的投入顺序没有特别指定,优选在反应温度下将含有α-羟基羰基化合物的第1溶液与含有银盐的第2溶液混合。此时,生长控制剂、卤化物盐、其它添加剂可以预先放入第1溶液或第2溶液中,也可以作为其它溶液同时混合。第1溶液与第2溶液的混合中,通过延长混合时间而纳米线的长轴长变长,因此优选用5分钟以上进行混合,更优选用10分钟以上进行混合。另外,从制造成本的观点考虑,优选720分钟以内。
[银盐的反应浓度]
从形成良好的银纳米线的方面考虑,本发明中使用的银盐的浓度优选以相对于反应液成为0.10~20质量%的方式使用,更优选以成为0.20~10质量%的方式使用。银盐的浓度低于0.10质量%时,银纳米线的生成量变少,制造成本过高,高于20质量%时,难以得到良好形态的银纳米线。
[生长控制剂的反应浓度]
从形成良好的银纳米线的方面考虑,本发明中使用的生长控制剂的浓度优选以相对于反应液成为0.20~10质量%的方式使用,更优选以成为0.40~8.0质量%的方式使用。如果生长控制剂的浓度低于0.20质量%,则线直径偏差变大,难以得到良好形态的银纳米线,并且收率降低。另外,如果高于10质量%,则在分离银纳米线时生长控制剂的除去操作变得繁杂,因此导致制造成本上升。
[卤化物盐与银盐中的银原子的摩尔比]
从形成良好的银纳米线的方面考虑,本发明中使用的卤化物盐优选以按照全部卤化物盐中的卤素原子的摩尔数与银盐中的银原子的摩尔比计成为0.0010~0.50的方式使用,更优选以成为0.010~0.30的方式使用。卤化物盐中的卤素原子与银盐中的银原子的摩尔比小于0.0010时,收率降低,并且难以得到良好形态的银纳米线。另外,大于0.50时,相对于银盐的相对量变多,银纳米线的收率降低。
[α-羟基羰基化合物与银盐中的银原子的摩尔比]
从形成良好的银纳米线方面考虑,本发明中使用的α-羟基羰基化合物优选以按照与银盐中的银原子的摩尔比计成为0.010~5.0的方式使用,更优选以成为0.020~3.0的方式使用。α-羟基羰基化合物与银盐中的银原子的摩尔比小于0.010时,几乎得不到添加效果,收率不提高。α-羟基羰基化合物与银盐中的银原子的摩尔比大于5.0时,银微粒的生成量变多,银纳米线的收率降低。
本发明中的“纳米线”是指截面直径小于1μm且长径比(长轴长/直径)为2以上的结构体。另外,本发明中的“微粒”是指截面直径小于1μm且长径比(长轴长/直径)小于2的结构体。
[银纳米线的长轴长]
含有银纳米线的透明导电膜通过银纳米线相互接触,在空间上广泛分布形成三维导电网络结构,从而表现出导电性,因此,从导电性的观点考虑,纳米线的长轴长越长越好。另一方面,过长的纳米线容易缠绕,因此,从分散稳定性的观点考虑,优选短的纳米线。因此,本发明中,作为银纳米线的长轴长,优选为1~100μm,更优选为5~50μm。
[银纳米线的直径]
使用银纳米线作为透明导电膜时,为了提高透明性,线的直径越小越有利而优选。本发明中,作为银纳米线的直径,优选小于100nm,更优选小于60nm,进一步优选小于40nm。
[银纳米线分散液制造工序]
通过本发明的制造方法得到的银纳米线优选在通过离心沉淀法、过滤法、倾泻法、淘析法、利用溶剂的沉淀后再分散处理的方法等以往公知的方法将反应液精制后供于银纳米线分散液的制造。
精制后的银纳米线分散于溶剂而制成银纳米线分散液。溶剂只要可将银纳米线分散就没有特别限制。作为具体例,可举出水、甲醇、乙醇、1-丙醇、2-丙醇、1-丁醇、2-丁醇、2-甲基-1-丙醇、2-甲基-2-丙醇、二丙酮醇、苄醇、松油醇等醇类、乙二醇、丙二醇、1,3-丙二醇、1,3-丁二醇、1,4-丁二醇、甘油等多元醇类、乙二醇单甲醚、乙二醇单乙醚、乙二醇单丁醚、二乙二醇单乙醚、二乙二醇单丁醚、丙二醇单甲醚、二丙二醇单甲醚等二元醇醚类、乙二醇二甲基醚、二乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、二乙二醇二乙醚、三乙二醇二乙醚、二乙二醇二丁醚等甘醇二甲醚类、乙二醇单甲醚乙酸酯、二乙二醇单乙醚乙酸酯、二乙二醇单丁醚乙酸酯、丙二醇单甲醚乙酸酯等二元醇醚酯类、乙酸乙酯、乙酸丁酯、丙酸乙酯、乳酸乙酯等酯类、丙酮、甲基乙基酮、环己酮、3-甲基-2-己酮等酮类、甲苯、二甲苯等芳香族类以及由它们中的2种以上构成的溶剂。
另外,制成银纳米线分散液时,为了提高分散稳定性,也可以添加树脂。作为树脂的具体例,可举出甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、羟丙基纤维素、羟丙甲基纤维素、羧甲基纤维素、硝酸纤维素、乙酸纤维素、瓜尔胶、黄原胶、罗望子胶、车前子胶、加特胶、刺槐豆胶、羟乙基瓜尔胶、羟丙基瓜尔胶等多糖类和其衍生物、聚(甲基)丙烯酸树脂、聚氨酯树脂、聚酯树脂、醇酸树脂、环氧树脂、乙烯乙酸乙烯酯树脂、聚乙烯醇和其衍生物等。
本发明的银纳米线分散液例如可以用于形成透明导电膜,通过利用公知的方法将银纳米线分散液涂布到基板上而得到透明导电膜。作为涂布方法的具体例,可举出旋涂法、狭缝涂布法、浸涂法、刮刀涂布法、棒涂法、喷涂法、凸版印刷法、凹版印刷法、丝网印刷法、平板印刷法、点胶法和喷墨法等。另外,也可以使用这些涂布方法反复涂布多次。
具有透明导电膜的基板能够广泛应用于例如液晶显示器用电极材料、等离子体显示器用电极材料、有机电致发光显示器用电极材料、电子纸用电极材料、触控面板用电极材料、薄膜型非晶Si太阳能电池用电极材料、色素敏化太阳能电池用电极材料、电磁波屏蔽材料、防静电材料等各种设备。
实施例
以下,基于本发明的实施例具体地进行说明,但本发明不限定于这些实施例。
银纳米线的收率、银纳米线的直径、银纳米线的长轴长如下测定并评价。
[银纳米线的收率]
银纳米线的收率由精制后的银纳米线溶液中的银的质量相对于投入到反应中的银盐中的银原子的质量的比例求出。另外,这里使用的精制后的银纳米线溶液中的银的质量由利用525℃的电干燥机干燥2小时以上时的重量求出。评价基准为如下所述的5个等级。如果为D以上的评价,则在实用上没有问题,优选B以上的评价。
评价基准
A:35%以上
B:25%~35%
C:15%~25%
D:5%~15%
E:小于5%
[银纳米线的直径]
使用扫描式电子显微镜(SEM;日本电子株式会社制,JSM-5610LV)观察100个银纳米线,由其平均值求出银纳米线的直径。评价基准为如下所述的4个等级。如果为D以上的评价,则在实用上没有问题,优选B以上的评价。
评价基准
A:20nm~35nm
B:35nm~40nm
C:40nm~45nm
D:45nm~60nm
[银纳米线的长轴长]
使用扫描式电子显微镜(SEM;日本电子株式会社制,JSM-5610LV),观察100个银纳米线,由其平均值求出银纳米线的长轴长。评价基准为如下所述的4个等级。如果为E以上的评价,则在实用上没有问题,优选D以上的评价,更优选C以上的评价。
评价基准
A:11μm~30μm
B:9μm~11μm
C:7μm~9μm
D:5μm~7μm
E:1μm~5μm
[反应效率的评价]
作为银纳米线的反应效率的评价,用每单位反应时间的银纳米线收率进行评价。即,通过向下述式(1)代入反应时间和银纳米线的收率而算出。评价基准为如下所述的4个等级。如果为D以上的评价,则在实用上没有问题,优选B以上的评价。
[反应效率]=[银纳米线的收率(%)]/[反应时间(小时)]…(1)
评价基准
A:35以上
B:25~35
C:15~25
D:5~15
E:5未满
<生长控制剂的合成>
(合成例1)
向具备搅拌机、温度计、回流冷却器、氮气导入管的四颈烧瓶中投入N-(2-羟基乙基)丙烯酰胺112.5质量份、N,N-二乙基丙烯酰胺37.5质量份、丙二醇50质量份、离子交换水750质量份后,一边送入氮气一边升温到70℃。接着,添加浓度3质量%的2,2’-偶氮双(2-甲基丁腈)的丙二醇溶液50质量份,在90℃反应3小时,制备N-羟基乙基丙烯酰胺/N,N-二甲基丙烯酰胺共聚物。然后,在反应液400份中投入丙二醇600份后,通过减压蒸馏馏去比所含有的水的理论量略高的蒸馏液,进行溶剂置换。向溶剂置换后的液体中添加用于调整为浓度6质量%所需的丙二醇量,从而得到供于制作银纳米线的浓度6质量%的生长控制剂的丙二醇溶液。根据GPC-MALS法,使用Agilent1100HPLC系统(AgilentTechnologies,Inc.制)求出的重均分子量为420000。
<银氨配合物溶液的制备>
在硝酸银水溶液中添加1N的氨水直至达到透明后,利用离子交换水进行浓度调整而得到10质量%银氨配合物水溶液。进而,利用丙二醇进行稀释,得到5质量%银氨配合物溶液。
<银纳米线的制作>
(实施例1)
一边向具备搅拌装置、温度计、氮气导入管的四颈烧瓶中送入氮气一边加入作为生长控制剂的聚乙烯吡咯烷酮(关东化学品,Polyvinylpyrroli dinone(K=90)分子量360000)6.87质量份、作为α-羟基羰基化合物(a)的羟基丙酮4.58质量份、作为多元醇的丙二醇841.3质量份和作为卤化物盐的浓度1.5质量%的氯化钠的丙二醇溶液5.35质量份、浓度2.5质量%的溴化钠的丙二醇溶液1.88质量份,在室温下搅拌30分钟。接着,将内温升温至145℃,用15分钟加入作为银盐的浓度5质量%的硝酸银的丙二醇溶液140.0质量份,进一步搅拌30分钟,合成银纳米线。其后,取出反应液,向反应液100质量份中加入水100质量份进行稀释,用膜滤器进行抽滤。进一步在残渣上加入水反复抽滤5次,由此分离银纳米线。得到的银纳米线在分散于水溶剂后测定物性。将结果示于表5。
(实施例2~23、比较例1~7)
实施例2~23、比较例1~7如表1~表4记载所示变更条件,除此以外,与实施例1同样地得到银纳米线。将结果示于表5。
[表1]
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
表5中的“-”表示由于银纳米线的收率低,因此未进行作为银纳米线的物性评价。
(实施例24)
在实施例3的反应条件下,改变所使用的丙二醇的制造批次而进行5次银纳米线的制造。将结果示于表6。
(实施例25)
在实施例24的反应条件下,使反应温度为160℃,除此以外,同样地进行银纳米线的制造。将结果示于表6。
(比较例8)
在实施例24的反应条件下,不加入羟基丙酮,使反应温度为160℃,除此以外,同样地进行银纳米线的制造。将结果示于表6。
表6中的变动系数表示进行了5次的制造结果的偏差,通过下述式(2)求出。该值越小,表示偏差越小。
[变动系数]=[评价项目的标准偏差]/[评价项目的平均值]…(2)
[表6]
可知并用本发明中规定的α-羟基羰基化合物的实施例1~23的收率、反应效率均为实用水平,所得到的银纳米线的形状也处于期望的水平。
另一方面,未并用本发明中规定的α-羟基羰基化合物的比较例1在与实施例1相同的条件下,银离子的还原反应几乎没有进行,因此收率、反应效率均是实施例1优异。另外,可知即使在由比较例1延长了反应时间的比较例7中,收率也没那么提高。
为了在比较例1、比较例7中使反应进行,需要以更高的温度进行反应,但反应温度高时,如比较例8所示,由于丙二醇的制造批次不同而收率和得到的线形状产生很大偏差。另一方面,可知如实施例24、25那样使用α-羟基羰基化合物的本发明的制造方法中,银纳米线的收率和线形状的偏差均少。
使用本发明中规定的α-羟基羰基化合物以外的α-羟基羰基化合物的比较例2~5与比较例1同样地几乎不进行还原反应。即,可知仅使用本发明中规定的α-羟基羰基化合物时,可高效地得到具有期望的形状的银纳米线。
在实施例3中将硝酸银换成银氨配合物的比较例6得不到银纳米线。由此可知银盐必须使用除银配合物以外的如硝酸银这样的不具有配体的银盐。
与实施例6、7相比,可知实施例3~5由于α-羟基羰基化合物与银盐中的银原子的摩尔比在进一步优选的范围,因此收率、反应效率均提高。
与实施例10相比,可知实施例3、8、9由于含有α-羟基羰基化合物的第1溶液与含有银盐的第2溶液的混合时间在优选的范围,因此可得到更优选的线长轴长的银纳米线。
与实施例12相比,可知实施例3、11由于生长控制剂相对于反应液的浓度在更优选的范围,因此收率、反应效率均提高,可得到具有更优选的线直径的银纳米线。
与实施例14、15相比,可知实施例3、13由于卤化物盐中的卤素原子与银盐中的银原子的摩尔比在更优选的范围,因此收率、反应效率均提高。
Claims (6)
1.一种银纳米线的制造方法,其特征在于,在多元醇中使用生长控制剂和卤化物盐,由除银配合物以外的银盐得到银纳米线,进一步使用羟基丙酮、α-羟基苯乙酮、1-羟基-2-丁酮、1-羟基-2-戊酮或1-羟基-3-甲基-2-丁酮。
2.根据权利要求1所述的银纳米线的制造方法,其中,所述银盐为硝酸银。
3.根据权利要求1或2所述的银纳米线的制造方法,其中,所述α-羟基羰基化合物(a)与银盐中的银原子的摩尔比为0.20~3.0。
4.根据权利要求1或2所述的银纳米线的制造方法,其中,包括在反应温度下将含有所述α-羟基羰基化合物(a)的第1溶液与含有银盐的第2溶液用10分钟以上进行混合的工序。
5.根据权利要求1或2所述的银纳米线的制造方法,其中,生长控制剂相对于反应液的浓度为0.40质量%以上。
6.根据权利要求1或2所述的银纳米线的制造方法,其中,卤化物盐中的卤素原子与银盐中的银原子的摩尔比为0.010~0.30。
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