一種銅納米線的製備方法與流程
2023-07-31 08:16:21 2
本發明涉及納米材料的製備技術領域，尤其涉及一種銅納米線的製備方法。
背景技術：
一維金屬材料因其獨特的光學、電學、熱力學、機械和催化性能而在現代納米科學和納米技術中佔據著重要的位置，但是高昂的製造成本和不穩定的特性成為其在實際應用中的一個主要瓶頸。銅元素作為地球上的高豐富廉價元素，是一維金屬材料中非常理想的商業化選項。因此，發展能應用於未來低成本納米材料和納米器件的高單分散性、良好穩定性以及耐氧性的一維銅納米線的需求是非常緊迫的。
銅納米線的製備方法主要為溶劑相合成法、氣相沉積法及模板誘導電沉積法。現階段，氣相沉積法和模板誘導電沉積法還不足以實現產業化，而溶劑相合成法製備的銅納米線則需要在產量和質量之間進行抉擇，高產量合成方法製備的納米線往往質量很差；而高質量製備方法得到的納米線卻經常受限於低的產率和產量。
技術實現要素：
本發明解決的技術問題在於提供一種銅納米線的製備方法，本申請提供的方法可宏量製備高質量的銅納米線。
有鑑於此，本申請提供了一種銅納米線的製備方法，包括以下步驟：
a)，將銅源、葡萄糖、高級脂肪胺和水混合，得到混合乳液；
b)，將所述混合乳液加熱後反應，得到第一階段產物；
c)，將所述第一階段產物加熱後反應，得到銅納米線；
步驟b)中所述反應的溫度為50～90℃，步驟c)中所述反應的溫度為80～150℃，且步驟b)的反應溫度低於步驟c)的反應溫度。
優選的，步驟b)中所述反應的溫度為65～80℃，步驟c)中所述反應的溫度為90～120℃。
優選的，步驟b)中，所述反應的時間為12～48h；步驟c)中，所述反應的時間為12～48h。
優選的，所述銅源與所述葡萄糖的摩爾比為(1～3)：1，所述銅源與高級脂肪胺的摩爾比為(1～5)：1，所述銅源與水的摩爾比為(1～5)：1。
優選的，所述混合的溫度為20～50℃。
優選的，步驟c)中，所述加熱在攪拌條件下進行，所述攪拌的速度為0～250轉/min。
優選的，所述銅源選自二水合氯化銅、硝酸銅或無水氯化銅；所述高級脂肪胺為十六胺、十八胺和油胺中的一種。
優選的，步驟c)中，所述反應後還包括：
將得到的反應液離心分離。
優選的，所述離心分離的轉速為1000～5000轉/min。
本申請提供了一種銅納米線的製備方法，該方法首先將原料銅源、高級脂肪胺、葡萄糖與水混合，得到混合乳液，將混合乳液加熱後反應，得到第一階段產物，將所述第一階段產物加熱後反應，得到銅納米線；本申請利用分步反應的手段，使大部分銅離子先轉化為銅納米點，再在銅納米點的基礎上完成後續反應，從而使銅納米線的產率得到了提升。試驗結果表明，本申請提供的銅納米線的製備方法可一次性製備50g銅納米線，且銅納米線線徑均勻，長度幾十微米，長徑比可達700～1000。
附圖說明
圖1為本發明實施例1製備的銅納米線的掃描電子顯微鏡照片；
圖2為本發明實施例2製備的銅納米線的透射電子顯微鏡照片；
圖3為本發明實施例3製備的銅納米線的透射電子顯微鏡照片；
圖4為本發明製備得到的在大容量玻璃反應釜中的銅納米線原液。
具體實施方式
為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明優選實施方案進行描述，但是應當理解，這些描述只是為進一步說明本發明的特徵和優點，而不是對本發明權利要求的限制。
本發明實施例公開了一種銅納米線的製備方法，包括以下步驟：
a)，將銅源、葡萄糖、高級脂肪胺和水混合，得到混合乳液；
b)，將所述混合乳液加熱後反應，得到第一階段產物；
c)，將所述第一階段產物加熱後反應，得到銅納米線；
步驟b)中所述反應的溫度為50～90℃，步驟c)中所述反應的溫度為80～150℃，且步驟b)的反應溫度低於步驟c)的反應溫度。
本申請提供了一種銅納米線的製備方法，該方法能夠一次合成宏量的銅納米線，且質量較高。
具體的，本申請首先將原料混合，即將銅源、葡萄糖、高級脂肪胺與水混合，得到混合乳液；此過程中，所述銅源優選為二水合氯化銅、硝酸銅或無水氯化銅，在某些具體實施例中，所述銅源優選為二水合氯化銅；所述高級脂肪胺優選為十六胺、十八胺或油胺，在某些實施例中，所述高級脂肪胺為十六胺。所述銅源與葡萄糖的摩爾比為(1～3)：1，在某些實施例中，所述銅源與葡萄糖的摩爾比為(1～2)：1。所述銅源與所述高級脂肪胺的摩爾比為(1～5)：1，在某些實施例中，所述銅源與所述高級脂肪胺的摩爾比(2～5)：1。所述銅源與水的摩爾比為(1～5)：1，在某些實施例中，所述銅源與所述水的摩爾比為(2～5)：1。為了使原料混合均勻，所述混合優選採用攪拌分散的方式進行，所述混合的溫度優選為20～50℃。
在原料混合之後，本申請將混合乳液加熱升溫至一個較低溫度反應一段時間後，得到第一階段產物。此過程中，所述反應的溫度為50～90℃，在某些實施例中，所述反應的溫度為65～80℃，具體的，所述反應的溫度可為65℃、70℃、75℃或80℃。所述反應的時間優選為12～48h，在某些實施例中，所述反應的時間為24～36h。
在第一次反應之後，本申請將得到的第一階段產物加熱後反應，所述反應的溫度為80～150℃，在某些實施例中，所述反應的溫度為90～120℃，具體的，所述反應的溫度為100℃、110℃、95℃或120℃。所述反應的時間為12～48h，在某些實施例中，所述反應的時間為24h～36h。本申請將傳統的銅納米線的製備分步進行反應，此過程中，85％以上的銅離子首先被還原為5nm的銅納米點，然後再在銅納米點的基礎上完成後續反應，得到了銅納米線，使其產率得到提高，至少提升了1.6倍。在上述過程中，若得到第一階段產物的反應溫度過低，則銅納米點的轉化不充分，反應溫度過高，則得不到銅納米點。若反應的時間過長，則導致銅納米點繼續生長，最終影響銅納米線的產率。
本申請最後優選將得到的反應液進行離心分離，以除去多餘的高級脂肪胺和部分副產物，得到包括有銅納米線的銅納米線原液。所述離心分離的轉速為1000～5000轉/min，在某些具體實施例中，所述離心分離的轉速為2000～4000轉/min。
本發明提供的銅納米線的製備方法可一次性製備50g高質量銅納米線，其製備產量是現有技術中最大的，並且本發明的分步攪拌合成技術相對於一步合成或者不攪拌合成的產率有大幅度的提升。進一步的，由於本發明使用的是類似工業反應釜的反應器，因而很容易應用於工業化規模的大量生產。實驗結果表明，本發明製備的銅納米線線徑均勻，長度幾十微米，長徑比700～1000，具有非常好的應用潛力。
為了進一步理解本發明，下面結合實施例對本發明提供的銅納米線的製備方法進行詳細說明，本發明的保護範圍不受以下實施例的限制。
實施例1
在50℃循環油浴下，在50l玻璃反應釜中將342g二水合氯化銅、792g葡萄糖與2.7kg十六胺攪拌分散於40l去離子水中，得到的乳液分散後升溫至75℃反應24h，然後再升溫至120℃150rpm攪拌反應24h，最後2000rpm離心，收集得到50g銅納米線產物。
實施例2
在50℃循環油浴下，在50l玻璃反應釜中將342g二水合氯化銅、396g葡萄糖與2.16kg十六胺攪拌分散於40l去離子水中，得到的乳液分散後升溫至70℃反應24h，然後再升溫至100℃150rpm攪拌反應24h，最後2000rpm離心，收集得到50g銅納米線產物。
實施例3
在50℃循環油浴下，在50l玻璃反應釜中將85.5g二水合氯化銅、99g葡萄糖與0.54kg十六胺攪拌分散於40l去離子水中，得到的乳液分散後升溫至65℃反應24h，然後再升溫至110℃150rpm攪拌反應36h，最後2000rpm離心收集得到20g銅納米線產物。
圖1為本發明實施例1製備的銅納米線的掃描電子顯微鏡照片；圖2為本發明實施例2製備的銅納米線的透射電子顯微鏡照片；圖3為本發明實施例3製備的銅納米線的透射電子顯微鏡照片；圖4為本發明製備得到的在大容量玻璃反應釜中的銅納米線原液。由圖1～圖3可知，本發明製備的銅納米線線徑均勻、長度幾十微米，長徑比可達700～1000；由圖4可以看出，由於使用類似工業反應釜的反應器，因而很容易擴大規模，應用於工業化規模的大量生產。
以上實施例的說明只是用於幫助理解本發明的方法及其核心思想。應當指出，對於本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以對本發明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發明權利要求的保護範圍內。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。