CN112605380A - 一种银纳米线的过滤提纯方法 - Google Patents

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CN112605380A CN202011369954.1A CN202011369954A CN112605380A CN 112605380 A CN112605380 A CN 112605380A CN 202011369954 A CN202011369954 A CN 202011369954A CN 112605380 A CN112605380 A CN 112605380A
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Abstract

本发明提供了一种银纳米线的过滤提纯方法，属于银纳米线制备技术领域。方法包括：S1、用乙醇稀释银纳米线母液得到预分散液，对所述预分散液加热至液体粘度小于或等于1.2mPa·s；S2、采用有机滤膜在常压下过滤加热后的所述预分散液，收集有机滤膜上的固体产物并用乙醇分散，得到银纳米线分散液。本发明采用低粘度、低表面张力的乙醇为分散剂稀释银纳米线母液，并在过滤之前对预分散液加热，大大降低了待过滤的预分散液的粘度和表面张力，显著改善预分散液对有机滤膜的润湿性，再配合单层、较大孔径的有机滤膜，使得预分散液能够在常压下依靠自身重力实现快速过滤，提高了纯化后的银纳米线的分散性和纯度。

Description

一种银纳米线的过滤提纯方法
技术领域
本发明涉及银纳米线制备技术领域，特别涉及一种银纳米线的过滤提纯方法。
背景技术
银是元素周期表中电阻率最低、热导率最高的金属元素，在各种电子元器件及集成电路中得到非常广泛应用，将银制备成纳米线能够更好地发挥其优异的导电导热性能，甚至呈现出透光且导电的独特性能。近年来，研究发现用银纳米线随机网格构成的导电薄膜的综合性能已经达到甚至超过锡铟氧化物(ITO)导电玻璃。银纳米线导电薄膜以其优异的导电性、延展性、柔韧性、大规模溶液加工方式的兼容性等特性，成为柔性光电、能源、传感器件等领域的研究热点，广泛应用于透明电极、柔性显示器和太阳能电池等领域。
高纯度、高长径比的银纳米线对导电薄膜的性能至关重要，尤其对于要求导电薄膜具有良好透光性的领域。但是，目前银纳米线的合成以多元醇法和水热法为主，由于异构的核的形成和增长，通过该方法得到的产品必定含有纳米颗粒和较短的一维纳米棒等杂质，这些杂质难以形成导电网络，对薄膜的导电性几乎无贡献，却对透光性、粗糙度等性能产生严重不利影响，因此需要对上述方法合成的产物进行提纯。
常见的提纯方法包括离心、静置沉降、加丙酮沉降分离、正压或负压过滤等。离心法是利用纳米线和纳米颗粒沉积所需的转速不同来去除颗粒，如果离心时间太长，或者速度太高，大直径纳米颗粒将与银纳米线一同沉降，并且不可逆地形成团块，因此，这种方法只能去除溶液中的小直径纳米颗粒，对银纳米线和大直径纳米颗粒的分离效果不佳。在静置沉降法中，利用银纳米线比纳米颗粒先沉降来去除杂质，但实际分离效果也不佳，且对于超细银纳米线，可能需要数天时间才能沉降，耗时过长。加丙酮可以实现银纳米线的选择性沉降，分离效果较好，但需要进行多次提纯，过程繁琐，耗时长，易造成纳米线团聚，且消耗大量丙酮，而丙酮有毒，对环境污染大，这一方法对银纳米短棒和短线也没有显著的选择性。过滤法是一种直观的分离方法，可以得到纳米颗粒、短棒较少的银纳米线，但目前报导的方法中大多通过正压或负压(真空抽滤)实现过滤，银纳米线经过施压后极易连接在一起形成滤饼，造成膜孔堵塞且银纳米线受压团聚、无法再分散等问题，无法进行规模化的生产应用。因此，亟需开发一种简单绿色纯化银纳米线的方法。
发明内容
针对以上现有技术中的问题，本发明提供了一种银纳米线的过滤提纯方法。
为实现上述目的，本发明具体通过以下技术实现：
一种银纳米线的过滤提纯方法，包括以下步骤：
S1、用乙醇稀释银纳米线母液得到预分散液，对所述预分散液加热至液体粘度小于或等于1.2mPa·s；
S2、采用有机滤膜在常压下过滤加热后的所述预分散液，收集有机滤膜上的固体产物并用乙醇分散，得到银纳米线分散液。
进一步地，所述银纳米线母液为通过多元醇法或通过水热法制备得到的银纳米线母液。
进一步地，步骤S1中，对所述预分散液加热至温度为50-70℃。
进一步地，步骤S1中，所述银纳米线母液与所述乙醇的体积比1:2-1:5。
进一步地，步骤S2中，所述有机滤膜的孔径为1-40μm。
进一步地，步骤S2中，所述有机滤膜为聚丙烯(PP)、尼龙、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)滤膜中的一种。
进一步地，步骤S2中，所述过滤的时长为3-10min。
进一步地，步骤S2中，所述过滤的液面高度小于或等于5cm。
进一步地，步骤S2之后，还包括如下步骤：
S3、采用有机滤膜在常压下过滤所述银纳米线分散液，收集有机滤膜上的固体产物并用乙醇分散，得到高纯度银纳米线分散液。
进一步地，步骤S3中，所述过滤的时长为1-5min。
有益效果：
1、本发明采用低粘度、低表面张力的乙醇为分散剂稀释银纳米线母液，并在过滤之前对预分散液加热，大大降低了待过滤的预分散液的粘度和表面张力，显著改善预分散液对有机滤膜的润湿性，再配合单层、较大孔径的有机滤膜，使得预分散液能够在常压下依靠自身重力实现快速过滤，提高了纯化后的银纳米线的分散性和纯度。
2、本发明提出的过滤提纯方法既可用于多元醇法制备的银纳米线，也可以用于水热法制备的银纳米线，理论上也可以用于其他种类的纳米线的提纯，具有广泛的通用性。
3、本发明不需要使用昂贵且可能供应受限的丙酮，操作简易，耗时短，具有良好的环保、成本、和效率优势。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的银纳米线的过滤提纯方法的流程图；
图2为本发明另一实施例的银纳米线的过滤提纯方法的流程图；
图3为本发明实施例1的银纳米线母液经离心清洗一次后产物的高倍(100000×)扫描电子显微镜照片；
图4为本发明实施例1的银纳米线母液经离心清洗一次后产物的低倍(2000×)扫描电子显微镜照片；
图5为本发明实施例1的银纳米线母液经过一次过滤纯化后产物的高倍(100000×)扫描电子显微镜照片；
图6为本发明实施例1的银纳米线母液经过一次过滤纯化后产物的低倍(2000×)扫描电子显微镜照片；
图7为本发明实施例2的银纳米线母液经过二次过滤纯化后产物的高倍(100000×)扫描电子显微镜照片；
图8为本发明实施例2的银纳米线母液经过二次过滤纯化后产物的低倍(2000×)扫描电子显微镜照片；
图9为本发明实施例3的银纳米线母液经离心清洗一次后产物的高倍(100000×)扫描电子显微镜照片；
图10为本发明实施例3的银纳米线母液经离心清洗一次后产物的低倍(2000×)扫描电子显微镜照片；
图11为本发明实施例3的银纳米线母液经过一次过滤纯化后产物的高倍(10000×)扫描电子显微镜照片；
图12为本发明实施例3的银纳米线母液经过一次过滤纯化后滤液的低倍(10000×)扫描电子显微镜照片；
图13为本发明实施例4的银纳米线母液经过二次过滤纯化后产物的低倍(4000×)扫描电子显微镜照片；
图14是本发明实施例5的银纳米线母液经离心清洗一次后产物的低倍(2000×)光学显微镜照片；
图15是本发明实施例5的银纳米线母液经过一次过滤纯化后产物的低倍(2000×)光学显微镜照片；
图16是本发明对比例1的银纳米线母液经过一次过滤纯化后产物的低倍(4000×)扫描电子显微镜照片；
图17是本发明对比例2的银纳米线母液经过一次常温过滤纯化后产物的低倍(2000×)光学显微镜照片。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。另外，术语“包括”、“含有”、“具有”的含义是非限制性的，即可加入不影响结果的其它步骤和其它成分。如无特殊说明的，材料、设备、试剂均为市售。
为了更好地理解本发明而不是限制本发明的范围，在本发明中所用的表示用量、体积比的所有数字、以及其他数值，在所有情况下都应理解为以词语“大约”所修饰。因此，除非特别说明，否则在说明书和权利要求书中所列出的数字参数都是近似值，其可能会根据试图获得的理想性质的不同而加以改变。各个数字参数至少应被看作是根据所报告的有效数字和通过常规的四舍五入方法而获得的。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
参见图1，本发明提供一种银纳米线的过滤提纯方法，包括以下步骤：
S1、用乙醇稀释银纳米线母液得到预分散液，对所述预分散液加热至液体粘度小于或等于1.2mPa·s；
S2、采用有机滤膜在常压下过滤加热后的所述预分散液，收集有机滤膜上的固体产物并用乙醇分散，得到银纳米线分散液。其中，常压指一个大气压，即在不施加任何额外压力的条件下依靠预分散液自重进行过滤。所加乙醇的体积足以使固体产物完全分散即可，一般大于原始银纳米线母液的体积。
上述原理为：银纳米线母液中的纳米颗粒(AgNP)由于尺寸比有机滤膜的孔径小会透过膜孔滤出，同时溶于预分散液的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和乙二醇等也会随溶剂乙醇一同透过膜孔，只有纵向尺寸较大的银纳米线(AgNW)会被截留下来，进而实现AgNW与AgNP、PVP等的分离，之后将截留下来的AgNW分散在乙醇中便即可得到纯化的AgNW分散液。
对于多元醇法合成的银纳米线母液，其溶剂为乙二醇，而乙二醇在常温下具有极高的粘度(20℃时为19.9mPa·s)；对于水热法合成的银纳米线母液，其溶剂为水，而水具有较高的表面张力(20℃时为72.58mN/m)，均会造成银纳米线母液对有机滤膜的润湿性不好。本发明首先采用低粘度、低表面张力的乙醇为分散剂稀释银纳米线母液，然后对预分散液加热，经过加热之后，乙二醇的粘度显著降低(如60℃时为4.95mPa·s)，水的表面张力也降低(60℃时为66.04mN/m)，再加上乙醇的粘度和表面张力的降低，可以显著降低预分散液的粘度和表面张力，改善预分散液对有机滤膜的润湿性，使得预分散液能够在常压下依靠自身重力实现过滤，再配合单层、较大孔径的有机滤膜，保证了在较短的时间内完成过滤，无须施加正压或负压，大大提高了纯化后的AgNW的分散性。此外，较低的粘度和表面张力也减弱了纳米颗粒对纳米线的吸附，从而更容易分离杂质。因此，第一次过滤中对预分散液加热以使液体粘度小于或等于1.2mPa·s对确保常压过滤的速度和效果具有重要意义。
其中，步骤S1中，所述银纳米线母液为通过多元醇法或通过水热法制备得到的银纳米线母液。由于银纳米线母液中还存在合成反应中加入的表面活性剂和/或乙二醇，具有十分优异的分散性，有助于避免纳米线的团聚，因而直接采用银纳米线母液过滤，在常压条件下仅重复过滤一次即可达到良好的纯化效果，不需要预先去除乙二醇和表面活性剂。
优选地，步骤S1中，对所述预分散液加热至温度为50-70℃。将预分散热的温度维持在乙醇沸点以下，其粘度和表面张力更适于常压过滤，热的预分散液改善了杂质颗粒与AgNW之间的分散性，有利于改善过滤效果，并显著加快过滤速度。对于乙二醇中合成的AgNW来说，其与乙醇的混合液对有机滤膜具有良好的润湿性，但加热可以降低溶液粘度，提高过滤速度。对于水热法合成的AgNW来说，水对有机滤膜的润湿性差，使用有机滤膜时过滤较慢，而提高温度可以显著降低水和乙醇的表面张力，改善分散液对滤膜的润湿性，大幅提高过滤速度。
优选地，步骤S1中，所述银纳米线母液与所述乙醇的体积比1:2-1:5。可以理解的是，随着银纳米线母液中所含银纳米线产物浓度、纳米颗粒等杂质含量和液体粘度的增大，可以加大乙醇的用量，以使预分散液的粘度和表面张力较低，利于常压过滤。但稀释过多一方面增加了分散液的浪费，另一方面也降低了过滤效率。
合适的滤膜孔径可保证快速过滤和减少AgNW损失。优选地，步骤S2中，所述有机滤膜的孔径为1-40μm。在本发明的典型操作中，使用孔径为10μm及以上的有机滤膜通常可在10min内过滤一次，而使用孔径为1μm以下的有机滤膜则需要近一小时才能完成一次过滤，过滤速度较慢，而长时间过滤将使较早沉积在滤膜上的银纳米线受压形成滤饼，难以再分散，还会造成膜孔堵塞。因此，使用大孔径有机滤膜能使溶液和杂质快速通过，提高过滤速度，减少AgNW因静置过滤造成的团聚，而且不易堵塞膜孔，但更大孔径的有机滤膜则会造成部分AgNW通过膜孔，引起AgNW的损失增加。更优选地，所述有机滤膜的孔径为5-20μm，进一步优选地，为10μm。对常见的银纳米线来说，10μm孔径的滤膜可以达到良好的过滤效果。
当然，可以理解的是，本领域技术人员可根据需要保留的AgNW的长度和需要去除的一维产物的长度选择不同孔径的滤膜。对于长度较长的AgNW，如需对线长度进行筛选，可以适当采用更大孔径的有机滤膜。对于较短的纳米线，可以适当采用较小孔径的有机滤膜。
可选地，步骤S2中，所述有机滤膜为聚丙烯(PP)、尼龙、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚砜(PES)滤膜中的一种。上述的有机滤膜对乙醇与乙二醇的混合液或乙醇与水的混合液的润湿性良好，可保证常压快速过滤，减少过滤次数，提高纯化效果。
随着时间的推移，AgNW的累积层会不断增厚和压实，在滤膜上形成“滤饼”，使得过滤阻力不断增大。当滤饼达到一定厚度时，AgNP等杂质不能通过滤饼中间的孔道，此时分离纯化效果急剧下降，为防止该情况的发生，单次过滤分离的时间需要设定一定的上限。优选地，步骤S2中，所述过滤的时长为3-10min。更优选地，所述过滤的时长为3-7min。
优选地，步骤S2中，所述过滤的液面高度小于或等于5cm。较低的液面高度可防止底层过压现象导致有机滤膜上的AgNW受压产生不可逆团聚的问题，因此，较低的液面高度有利于提高纯化后AgNW的分散性。
通常，采用本发明的过滤提纯方法，为了一次过滤大量的预分散液，可以使用大尺寸的有机滤膜，而不是加大溶液深度，也可以分批次过滤，本发明的有机滤膜使用数次后过滤速度一般没有显著的降低。
当银纳米线母液所含固态物质浓度过高时，一次过滤分离通常难以满足纯化需求。优选地，参见图2，步骤S2之后还包括步骤S3，若步骤S3中所得的银纳米线分散液中仍有杂质，则进行再次过滤，以提高纯度，具体如下：
S3、采用有机滤膜在常压下过滤所述银纳米线分散液，收集有机滤膜上的固体产物并用乙醇分散，得到高纯度银纳米线分散液。
在后续的过滤中，溶剂只有乙醇，尽管加热过滤仍具有较快的速度和更好的纯化效果，但常温直接过滤也可达到理想的速度和效果，因此不对加热做强制限定。
优选地，步骤S3中，所述过滤的时长为1-5min。
步骤S3中，所述过滤的次数为1-3次。在实践中，应尽量减少过滤次数，因为过滤过程也是对银纳米线清洗的过程，其表面的PVP等活性剂经多次清洗将减少，易使纳米线易于团聚。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照制造厂商所建议的条件。
实施例1
一种银纳米线的过滤提纯方法，包括以下步骤：
S1、取1mL多元醇法制得的银纳米线母液(其中所含Ag纳米结构总浓度约20mM)，加入2mL的乙醇稀释，得到预分散液，将所述预分散液加热至温度为60℃，此时预分散液的液体粘度为1.063mPa·s；
S2、将所述预分散液滴加到孔径为10μm的PP滤膜上，维持过滤的液面高度在5cm以下，在常压条件下过滤，过滤过程需要5min，过滤完成后收集有机滤膜上的固体产物并用1mL乙醇分散，得到银纳米线分散液。
图3和图4分别是多元醇法制得的银纳米线母液经加乙醇离心(5000rpm×5min)清洗一次后产物的高倍(100000×)和低倍(2000×)扫描电子显微镜照片，可以看出，银纳米线母液中除银纳米线之外还含有大量纳米颗粒和纳米棒，离心方法不能去除这些杂质。
图5和图6分别是多元醇法制得的银纳米线母液经过本实施例一次过滤纯化后产物的高倍(100000×)和低倍(2000×)扫描电子显微镜照片，可以看出，经过常压加热分离，银纳米线质量明显提高，分散性良好，无团聚现象，且大部分颗粒和短棒已经去除，仅有少量颗粒吸附于银纳米线附近，银纳米线上微量残留微小斑点，推测这是合成中所用的乙二醇或聚乙烯吡咯烷酮未完全洗去的残留物。
本实施例中，乙醇和乙二醇的体积分数分别为66.7％和33.3％。按照V.M.Lobe的方法估算混合液的粘度：20℃时，乙醇和乙二醇的粘度分别为1.15mPa·s和19.9mPa·s，密度分别为0.8089g/cm3和1.117g/cm3，计算得到其混合物的密度为0.9116g/cm3，粘度为2.292mPa·s。60℃时，乙醇和乙二醇的粘度分别为0.601mPa·s和4.95mPa·s，密度分别为0.7657g/cm3和1.074g/cm3，计算得到其混合物的密度为0.8685g/cm3，粘度为1.063mPa·s。可见，将分散液加热到60℃，与常温(20℃)相比，预分散液的粘度降低了约54％，这显然对加快过滤速度具有重要作用，而且加热可以改善杂质颗粒与纳米线之间的分散性，进而改善过滤效果，提高除杂效率。
实施例2
一种银纳米线的过滤提纯方法，包括以下步骤：
S1、取1mL多元醇法制得的银纳米线母液(其中所含Ag纳米结构总浓度约20mM)，加入2mL的乙醇稀释，得到预分散液，将所述预分散液加热至温度为60℃，此时预分散液的液体粘度为1.063mPa·s；
S2、将所述预分散液滴加到孔径为10μm的PTFE滤膜上，维持过滤的液面高度在5cm以下，在常压条件下过滤，过滤过程需要5min，过滤完成后收集有机滤膜上的固体产物并用2mL乙醇分散，得到银纳米线分散液，银纳米线分散液的粘度为1.15mPa·s；
S3、将所述银纳米线分散液滴加到孔径为10μm的PTFE滤膜上，维持过滤的液面高度在5cm以下，在常压条件下过滤，过滤过程需要4min，收集有机滤膜上的固体产物并用1mL乙醇分散，得到高纯度银纳米线分散液。
多元醇法制得的银纳米线母液经离心(5000rpm×5min)清洗一次后产物的高倍(100000×)和低倍(2000×)扫描电子显微镜照片分别如图1和图4所示。图7和图8分别是多元醇法制得的银纳米线母液经过本实施例二次过滤纯化后产物的高倍(100000×)和低倍(2000×)扫描电子显微镜照片，可以看出，银纳米线质量明显提高，分散性良好，无团聚现象，且基本达到无纳米颗粒和纳米棒等杂质的效果，纳米线表面变得平滑，残留的有机物已被洗去。
实施例3
一种银纳米线的过滤提纯方法，包括以下步骤：
S1、取1mL水热法制得的银纳米线母液(其中所含Ag纳米结构总浓度约10mM)，加入2mL的乙醇稀释，得到预分散液，将所述预分散液加热至温度为60℃，此时预分散液的液体粘度为0.894mPa·s；
S2、将所述预分散液滴加到孔径为10μm的PVDF滤膜上，维持过滤的液面高度在5cm以下，在常压条件下过滤，过滤过程需要5min，过滤完成后收集有机滤膜上的固体产物并用1mL乙醇分散，得到银纳米线分散液。
图9和图10分别是水热法制得的银纳米线母液经加水离心(5000rpm×5min)清洗一次后产物的高倍(100000×)和低倍(2000×)扫描电子显微镜照片，可以看出，银纳米线母液中除银除纳米线之外还含有大量纳米颗粒和纳米棒，以及少量未反应的氯化银微米颗粒，离心方法不能去除这些杂质。
图11和图12分别是水热法制得的银纳米线母液经过本实施例一次过滤纯化后产物的低倍(10000×)和滤液的低倍(10000×)扫描电子显微镜照片，从图11可以看出，经过常压加热过滤，银纳米线中大部分纳米颗粒和纳米棒已经去除，银纳米线分散性良好，质量得到明显提高，仅有较少的纳米颗粒吸附于银纳米线附近。从图12可以看出，过滤过程有效去除了纳米颗粒、氯化银微米颗粒、纳米棒和短纳米线，而长纳米线的损失极少。
本实施例中，分散液为水与乙醇的混合物，体积比为1：2。20℃时，水和乙醇的密度分别为0.9982g/cm3和0.8089g/cm3，则乙醇在混合物中的质量分数为61.8％。当乙醇质量分数大于60％时，乙醇水溶液的粘度随乙醇的质量分数的增大而减小。20℃时，60％和70％的乙醇水溶液粘度分别为2.67mPa·s和2.370mPa·s，60℃时，分别为0.902mPa·s和0.856mPa·s。61.8％的乙醇水溶液粘度位于两者之间，若假设混合物粘度随乙醇质量分数在60-70％之间线性变化以简化计算，则可将分散液的在20℃和60℃的粘度分别估算为2.616mPa·s和0.894mPa·s，此时，将分散液从20℃加热到60℃，其粘度降低了约66％。
实施例4
一种银纳米线的过滤提纯方法，包括以下步骤：
S1、取1mL水热法制得的银纳米线母液(其中所含Ag纳米结构总浓度约10mM)，加入2mL的乙醇稀释，得到预分散液，将所述预分散液加热至温度为60℃，此时预分散液的液体粘度为0.894mPa·s；
S2、将所述预分散液滴加到孔径为10μm的PES滤膜上，维持过滤的液面高度在5cm以下，在常压条件下过滤，过滤过程需要5min，过滤完成后收集有机滤膜上的固体产物并用2mL乙醇分散，得到银纳米线分散液，银纳米线分散液的粘度为1.15mPa·s；
S3、将所述银纳米线分散液滴加到孔径为10μm的PES滤膜上，维持过滤的液面高度在5cm以下，在常压条件下过滤，过滤过程需要4min，收集有机滤膜上的固体产物并用1mL乙醇分散，得到高纯度银纳米线分散液。
水热法制得的银纳米线母液经离心(5000rpm×5min)清洗一次后产物的高倍(100000×)和低倍(2000×)扫描电子显微镜照片分别如图9和图10所示。图13是水热法制得的银纳米线母液经过本实施例二次过滤纯化后产物的低倍(4000×)扫描电子显微镜照片，可以看出，2次过滤已经足以去除绝大多数纳米颗粒和纳米棒等杂质，过滤后的银纳米线质量分散性良好，质量高。
实施例5
一种银纳米线的过滤提纯方法，包括以下步骤：
S1、取1mL水热法制得的银纳米线母液(其中所含Ag纳米结构总浓度约10mM)，加入3mL的乙醇稀释，得到预分散液，将所述预分散液加热至温度为60℃，此时预分散液的液体粘度为0.856mPa·s；
S2、将所述预分散液滴加到孔径为10μm的PP滤膜上，维持过滤的液面高度在5cm以下，在常压条件下过滤，过滤过程需要6min，过滤完成后收集有机滤膜上的固体产物并用1mL乙醇分散，得到银纳米线分散液。
图14是水热法制得的银纳米线母液经加乙醇离心(5000rpm×5min)清洗一次后产物的低倍(2000×)光学显微镜照片，可以看出，银纳米线母液中除银除纳米线之外还含有大量纳米颗粒和纳米棒，离心方法不能去除这些杂质。
图15是水热法制得的银纳米线母液经过本实施例一次过滤纯化后产物的低倍(2000×)光学显微镜照片，从图可以看出，加热过滤过程有效去除了纳米颗粒、氯化银微米颗粒、纳米棒和短纳米线，只有少量纳米颗粒吸附在银纳米线上，而长纳米线的损失极少，银纳米线分散性良好，质量得到明显提高。
在本实施例中，分散液为水与乙醇的混合物，其体积比为1:3，相对于质量比约为1:2.4。忽略所含的纳米线和纳米颗粒对分散液粘度和表面张力的影响，因为纳米物质所占质量分数仅约为0.05％。这一混合物的表面张力与其组分的体积分数或者质量分数不呈线性关系，但其变化趋势是单一的，即一定在单一组分的物性数值之间。例如，在5℃下，水和乙醇质量比为1:2和1:2.5的混合液表面张力分别为25.95mN/m和25.45mN/m，因此推测本实施例中所用的1:3体积比的分散液的表面张力在这两者之间。为了简化计算，假设水和乙醇混合物在1:2和1:2.5的质量比例之间时，其表面张力线性变化，则估算出本实施例所用体积比为1:3的分散液在5℃下的表面张力约为25.54mN/m。提高温度，可使表面张力降低，这一随温度的变化虽然不是线性的，但也是单一方向变化的。5℃下，水和乙醇的表面张力为别为75.10mN/m和23.27mN/m，而室温下(以20℃为准)，水和乙醇的表面张力分别为72.58mN/m和22.3mN/m，若假设混合液的表面张力变化量与其质量分数线存在线性关系，则可将本实施例所用体积比为1:3的分散液从5℃到20℃表面张力的降低量估计为1.40mN/m。同理，60℃时，水和乙醇的表面张力为别为66.04mN/m和18.8mN/m，将本实施例所用体积比为1:3的分散液从5℃到60℃表面张力的降低量估计为5.82mN/m。因此将该混合液在20℃和60℃时的表面张力分别估计为21.14mN/m和19.72mN/m。可见，升高温度后，分散液的表面张力有一定降低，这可以改善对滤膜的润湿性和纳米颗粒和银纳米线之间的分散性。
乙醇与水的混合物的粘度并不随其混合比例而呈线性变化，甚至其混合物的粘度并不处于两者粘度之间，查询可知，在0-80℃之间，当乙醇的质量分数在40-60％之间时，混合物的粘度具有最大值。本实施例所用分散液中乙醇的质量分数约为70.3％，其粘度在20℃时应约为2.370mPa·s，60℃时应约为0.856mPa·s。可见升高温度分散液的粘度降低了约64％，这对过滤所需的时间有直接的影响。并考虑到含水对滤膜润湿性的不利影响，第一次过滤时加热有其必要性。
对比例1
一种银纳米线的过滤提纯方法，包括以下步骤：
S1、取1mL水热法制得的银纳米线母液(其中所含Ag纳米结构总浓度约10mM)，加入2mL的水稀释，得到预分散液，将所述预分散液加热至温度为60℃，此时预分散液的液体粘度为0.4688mPa·s；
S2、将所述预分散液滴加到孔径为10μm的混合纤维素滤膜上，维持过滤的液面高度在5cm以下，在常压条件下过滤，过滤过程需要4min，过滤完成后收集滤膜上的固体产物并用2mL水分散，得到银纳米线分散液；
S3、将所述银纳米线分散液滴加到孔径为10μm的混合纤维素滤膜上，维持过滤的液面高度在5cm以下，在常压条件下过滤，过滤过程需要4min，收集有机滤膜上的固体产物并用1mL水分散，得到银纳米线分散液，银纳米线分散液的粘度为1.005mPa·s；
水热法制得的银纳米线母液经离心(5000rpm×5min)清洗一次后产物的高倍(100000×)和低倍(2000×)扫描电子显微镜照片分别如图9和图10所示。图16是水热法制得的银纳米线母液经过本实施例二次过滤纯化后产物的低倍(4000×)扫描电子显微镜照片，可以看出可见以水为分散剂，以水系滤膜过滤后，也可以去除大部分颗粒等杂质，但分离效果不如有机滤膜体系的过滤方法。
对比例2
一种银纳米线的过滤提纯方法，包括以下步骤：
S1、取1mL水热法制得的银纳米线母液(其中所含Ag纳米结构总浓度约10mM)，加入3mL的乙醇稀释，得到预分散液，此时预分散液的液体粘度为2.370mPa·s；
S2、将所述预分散液滴加到孔径为10μm的PP滤膜上，维持过滤的液面高度在5cm以下，在常压条件下过滤，过滤过程需要16min，过滤完成后收集滤膜上的固体产物并用1mL乙醇分散，得到银纳米线分散液。
水热法制得的银纳米线母液经加乙醇离心(5000rpm×5min)清洗一次后产物的低倍(2000×)光学显微镜照片如图14所示。图17是水热法制得的银纳米线母液经过本实施例一次过滤纯化后产物的低倍(2000×)光学显微镜照片，可以看出，相比于实施例5，本实施例中虽然大部分纳米颗粒和纳米棒已经去除，但仍有较多纳米颗粒吸附于纳米线附近，如图中圆圈标记所示，可见在相同条件下常温过滤差于加热后过滤。
实施例5中先将预分散液加热再过滤，不仅大幅提高了过滤速度，而且过滤效果也有明显改善，过滤速度的提高主要是由于润湿性的改善。由于分散液中含水，而有机滤膜具有疏水性，提高温度降低了分散液的表面张力，根据杨氏方程，表面张力较低的液体对基底的润湿性较好。此外，加热可以显著降低分散液的粘度，也对加快过滤速度有较大贡献。加热除了提高滤速外，也改善了过滤效果，推测这是由于预分散液的表面张力降低减轻了纳米颗粒对纳米线的吸附。对比例1中以水为分散剂的提纯效果不如实施例4中以乙醇为分散剂的提纯效果，为这一推测提供了间接证据。
虽然本发明公开披露如上，但本发明公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本发明公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种银纳米线的过滤提纯方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、用乙醇稀释银纳米线母液得到预分散液，对所述预分散液加热至液体粘度小于或等于1.2mPa·s；
S2、采用有机滤膜在常压下过滤加热后的所述预分散液，收集有机滤膜上的固体产物并用乙醇分散，得到银纳米线分散液。
2.根据权利要求1所述的过滤提纯方法，其特征在于，步骤S1中，对所述预分散液加热至温度为50-70℃。
3.根据权利要求1所述的过滤提纯方法，其特征在于，步骤S1中，所述银纳米线母液与所述乙醇的体积比1:2-1:5。
4.根据权利要求1所述的过滤提纯方法，其特征在于，步骤S2中，所述有机滤膜的孔径为1-40μm。
5.根据权利要求1所述的过滤提纯方法，其特征在于，步骤S2中，所述有机滤膜为聚丙烯、尼龙、聚四氟乙烯、聚偏氟乙烯、聚醚砜滤膜中的一种。
6.根据权利要求1所述的过滤提纯方法，其特征在于，步骤S2中，所述过滤的时长为3-10min。
7.根据权利要求1所述的过滤提纯方法，其特征在于，步骤S2中，所述过滤的液面高度小于或等于5cm。
8.根据权利要求1-7任一项所述的过滤提纯方法，其特征在于，所述银纳米线母液为通过多元醇法或通过水热法制备得到的银纳米线母液。
9.根据权利要求1-7任一项所述的过滤提纯方法，其特征在于，步骤S2之后，还包括如下步骤：
S3、采用有机滤膜在常压下过滤所述银纳米线分散液，收集有机滤膜上的固体产物并用乙醇分散，得到高纯度银纳米线分散液。
10.根据权利要求9所述的过滤提纯方法，其特征在于，步骤S3中，所述过滤的时长为1-5min。
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