一種通過振蕩和沉降提純銀納米線的方法與流程

2024-02-24 07:06:15

本發明屬於銀納米線提純技術領域；具體涉及一種通過振蕩和沉降提純銀納米線的方法。

背景技術：

近年來，柔性電子器件得到廣泛關注，而基於導電納米材料的電極是高性能柔性電子器件最重要的部件之一。銀納米線因其極高的導電性和柔韌性、較好的穩定性和較低的成本成為最有前景的柔性電極材料之一。

多元醇法由於產物結構可控、產量高、成本低等優勢，成為目前製備銀納米線的主要方法。由於合成過程中形成一些無法生長為納米線的晶核，以及可能殘留的一些未完全反應的滷化銀顆粒，使產物中必然存在納米或亞微米顆粒以及不規則納米片、粗短的納米棒等。傳統的提純方法是多步離心清洗，但這種方法對顆粒等雜質的分離效果不夠好。而採用濾膜過濾的方法效率很低，條件也不易控制。

專利cn201510690210.2公開了一種在銀納米線的水溶液中加丙酮後靜置使納米線團聚，從而使顆粒與納米線分離的方法。但此方法需要消耗大量丙酮，成本較高，且需要長時間靜置，例如該專利實施例中，20mg銀納米線分散在10ml含聚乙烯吡咯烷酮(pvp)的水溶液中，需要經過4次提純，共需160ml丙酮，靜置總時間為40min，耗時較多。專利cn201610538533.4公開了一種在銀納米線的水溶液中加入乙酸乙酯後靜置使納米線團聚而提純的方法，但此方法步驟較多，操作較為繁瑣，試劑消耗量也較多，例如該專利實施例中，對20ml銀納米線母液，需經過5次提純操作，共需60ml含pvp的乙醇溶液和70ml乙酸乙酯。文獻(mayoussec,cellec,moreaue,etal.improvementsinpurificationofsilvernanowiresbydecantationandfabricationofflexibletransparentelectrodes.applicationtocapacitivetouchsensors[j].nanotechnology,2013,24(21):215501.)中報導了通過將銀納米線母液自然靜置使納米線沉降而分離雜質顆粒的方法，該方法操作簡單，成本低廉，但靜置時間長達2天，顯著延長了處理周期。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種提純效果好、試劑消耗少、處理周期短，且有效降低了成本的提純銀納米線的方法。

本發明中一種通過振蕩和沉降提純銀納米線的方法是按下述步驟完成的：

步驟一、向採用多元醇法製備的銀納米線母液中加入丙酮，振蕩，去除上層溶液；

步驟二、然後加入蒸餾水，振蕩至納米線完全分散，再加入丙酮，振蕩，去除上層溶液；

步驟三、若上層溶液渾濁，重複步驟二的操作至上層溶液完全澄清透明，去除上層溶液，即完成銀納米線的提純；將步驟三處理後的銀納米線均勻分散在無水乙醇中保存。

進一步限定，步驟一所述銀納米線母液中的固含量為1-10mg/ml，按丙酮與銀納米線母液的體積比為(3-4):1的配比加入丙酮；步驟二加入的蒸餾水與第一步中母液的體積比為(1-2):3，加入的丙酮與蒸餾水的體積比為(2.5-4):1。

步驟一和步驟二所述加入丙酮後的振蕩時間均為15-25s，優選為20s。

步驟三中所述蒸餾水與丙酮用量與步驟二的用量相同或者比步驟二的用量少。

步驟一或步驟二的採用混勻儀進行振蕩操作，其振蕩速率高於500轉/分鐘；也可以採用手工操作。

步驟一所述銀納米線母液中銀納米線的平均直徑為20-200nm，平均長度為10-100μm。

本發明加入丙酮後振蕩，目的是使銀納米線立即團聚而沉降，顆粒等雜質被留存在上層溶液，去除上層溶液達到提純的目的。步驟一、二中加入丙酮後振蕩的目的是使納米線儘快團聚而沉降，由此減少丙酮用量及避免靜置時間，如果沉降不徹底，將影響雜質分離效果，並在去除上層溶液過程中造成納米線的損失，因此這兩步中，振蕩後納米線沉降後才去除上層溶液。

本發明步驟二加入蒸餾水後振蕩目的是使沉降的銀納米線重新分散，再加入丙酮，振蕩，使納米線再次團聚而沉降，達到進一步提純的目的。步驟二中加入蒸餾水後部分納米線仍處於團聚狀態，顆粒等雜質可能夾雜在沉澱的納米線中，將影響提純效果，加入蒸餾水後振蕩，是為了將納米線充分分散在在水中後才加入丙酮，否則將影響提純效果。

本發明加入丙酮並振蕩使銀納米線團聚而選擇性沉澱，從而使納米線與顆粒等雜質分離，提純效果好，操作簡單。

本發明採用加丙酮並振蕩的方法，可以使銀納米線立即沉降，無需靜置，從而逐步分離銀納米線溶液中含有的顆粒等雜質，與現有專利所述的自然沉降方法相比，顯著減少了丙酮的消耗量，減少量高達80％，並且縮短了提純時間，具有顯著的成本優勢。

附圖說明

圖1為本發明實施例1中銀納米線提純前的掃描電鏡照片；

圖2為本發明實施例1中銀納米線提純後的掃描電鏡照片；

圖3為本發明實施例2中銀納米線提純前的掃描電鏡照片；

圖4為本發明實施例2中銀納米線提純後的掃描電鏡照片。

具體實施方式

下面結合具體實施例，對本發明進行進一步闡述。需要說明的是，以下各實施例僅用於說明本發明的實施方法，而不用於限定本發明所述的操作和參數範圍，由此引申出的變化，仍處於本發明權利要求的保護範圍內。

實施例1：按照多元醇法製備銀納米線，操作如下：首先配製溶液，包括a(cucl2溶於乙二醇(eg)中，cl-濃度為1mm)，b(190mgpvp溶於15mleg，其中pvp分子量為1,300,000)，c(240mgagno3溶於15mleg)。將3.17ml溶液a加入46.8mleg中，預熱到170℃，加入15ml溶液b，加熱到170℃，60min內將15ml溶液c均勻滴加到上述溶液中，並在170℃繼續保溫20min，在空氣中冷卻，得到銀納米線母液。母液中的固含量約1.9mg/ml。圖1是未經提純的納米線掃描電鏡照片，納米線長度在0-220μm之間。除了納米線之外，產物中還包含較多納米顆粒。按照如下步驟進行提純：

步驟一、取3ml母液，向其中加入9ml丙酮，使用混勻儀以2000轉/分鐘的速率振蕩20秒，銀納米線完全團聚而沉降，去除上層懸濁液；

步驟二，向步驟一的沉降物中加入2ml蒸餾水，振蕩，使納米線充分分散在蒸餾水中，加入6ml丙酮，使用混勻儀以2000轉/分鐘的速率振蕩20秒，銀納米線完全團聚而沉降，這時上層液體已經變成澄清透明，將其去除；完成提純操作；

向提純後的銀納米線中加入3ml乙醇，振蕩，使納米線充分分散在乙醇中，得到銀納米線分散液，保存。

圖2是提純後的納米線掃描電鏡照片，可見大多數顆粒雜質都已經被清除掉，納米線純度得到明顯提高。

實施例2：按照多元醇法製備銀納米線，操作如下：首先配製溶液，溶劑均為eg，包括a(kbr溶液，濃度為2mm)，b(pvp溶液，濃度為300mm，其中pvp分子量為1,300,000)，c(agno3溶液，濃度為300mm)。在燒瓶中依次加入12.008mleg，2.116ml溶液a，3.526ml溶液b，2.351ml溶液c，攪拌30min後放入預熱的油浴中加熱到150℃，在無攪拌情況下保溫3h，在空氣中冷卻，得到銀納米線母液。母液中的固含量約3.8mg/ml。圖3是未經提純的納米線掃描電鏡照片，納米線長度在0-80μm之間。除了納米線之外，產物中還包含較多粗短的納米棒、亞微米和微米顆粒。按照如下方法進行提純：

步驟一、取6ml母液，向其中加入18ml丙酮，使用混勻儀以2000轉/分鐘的速率振蕩20秒，銀納米線完全團聚而沉降，去除上層懸濁液；

步驟二、向第一步沉降物中加入4ml蒸餾水，振蕩，使納米線充分分散在蒸餾水中，加入10ml丙酮，使用混勻儀以2000轉/分鐘的速率振蕩20秒，納米線完全團聚而沉降，去除上層懸濁液；

步驟三、重複步驟二的操作1次，這時上層液體已經變成澄清透明，將其去除，剩餘提純後的銀納米線，完成提純操作；

向提純後的銀納米線中加入6ml乙醇，振蕩，使納米線充分分散在乙醇中，得到銀納米線分散液，保存。

圖4是提純後的納米線掃描電鏡照片，可見大多數顆粒和納米棒雜質都已經被清除掉，納米線純度得到明顯提高。

以上兩實施例中，單位重量銀納米線所用丙酮體積分別為專利cn201510690210.2所公開的實施例中所用丙酮的33％和20％，且避免了靜置時間，具有顯著的成本優勢。