[发明专利]大批量制备银纳米线的方法

说明书

技术领域

本发明属于材料制备技术领域，特别涉及一种大批量制备银纳米线的方法。

背景技术

当今科技的发展要求材料的超微化、智能化、元件的高集成、高密度存储和超快传输等特性为纳米科技和纳米材料的应用提供了广阔的空间。纳米科学与纳米技术是当前最有活力的研究领域之一，在过去二十年间，人们对一维纳米材料的研究产生了极大的兴趣。研究的目的就是要将纳米材料真正地用于工业生产及人们的日常生活中，真正改善人们的生活。在纳米材料中，由于纳米级尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度等物理特征尺寸相当或更小，使得晶体周期性的边界条件被破坏；纳米微粒的表面层附近的原子密度减小；电子的平均自由程很短，而局域性和相干性增强。尺寸下降还使纳米体系包含的原子数大大下降，宏观固定的准连续能带转变为离散的能级。这些导致纳米材料宏观的声、光、电、磁、热、力学等的物理效应与常规材料有所不同，体现为量子尺寸效应、小尺寸效应、表面效应和宏观隧道效应等。

一维金属纳米材料由于具有独特的电学、光学、磁学、热学性能以及在微电子器件、光电子器件、传感器等器件上的潜在应用而备受关注。在这些一维金属纳米线中，银由于具有很高的电导和热导性能而被研究得最多。在许多应用领域，银都具有潜在的用途，如银纳米线已经在偏光器件、光子晶体、催化剂领域以及生物和化学传感器领域得到应用。

制备银纳米线的方法有很多，具有代表性的方法有硬模板法，如采用多孔阳极氧化铝模板，碳纳米管模板，气凝胶模板等。如中国专利申请02151277等。采用模板法纳米线的优点就是能够严格控制纳米线的形貌，但是由于纳米线是在模板中进行生长，纳米线的尺寸严格受到模板尺寸的控制，所以想制备不同尺寸的纳米线就必须先制备不同尺寸的模板，这就导致制备的纳米线的成本过高。另外模板法制备纳米线的产量都很低，很难适应工业上的大规模生产。现在采用得比较多的制备银纳米线的方法都是采用溶液法，如湿热化学法、晶种生长法等。如中国专利申请200510027519和02159098等。众所周知一维纳米线结构并不是材料生长的最理想的结构，为了保证材料能沿着一维方向进行生长，通常在溶液化学法制备纳米线的过程中都是采用比较温和还原性的还原剂，这就导致了反应很慢，过程通常比较长。同时由于采用温和性还原剂，这些反应通常需要在较高温度下才能进行。通常的电炉加热要达到这样的高温就需要在反应过程中对反应溶液施加高压，这就增加反应过程的复杂性。

为此，寻找一种低成本、高效的制备银纳米线的方法是非常急需的。微波是一种电磁波，电磁波包括电场和磁场，电场使带电粒子开始运动而具有一种力，由于带电粒子的运动从而使极化粒子进一步极化，微波的电和磁部分的相关的力方向快速变化，从而产生摩擦使其自身温度升高。这就是微波加热的基本原理。将微波加热引入化学反应中可以大大简化反应的复杂度，同时由于微波加热可以使反应溶液在短时间内达到高温，所以可以大大缩减反应的时间。

发明内容

本发明的目的是提供简便、低成本的一种制备大批量银纳米线的方法。

本发明采用的技术方案的步骤如下：

一、料配比

浓度为99.9％的无水硝酸银AgNO₃，

浓度为99.8％的无水乙二醇C₂H₆O₂，

浓度为98％的聚乙烯吡咯烷酮PVP分子量55000，

以上试剂均没有经过纯化处理；

二、制备过程：

(1)在100～300w超声水浴中将AgNO₃溶于乙二醇形成浓度为0.01～0.05mol/l透明的溶液，PVP溶于乙二醇形成0.02～0.10mol/l另一透明溶液。

(2)在100～300w超声水浴中将体积比为1∶1的AgNO₃和PVP的乙二醇溶液同时以1～5滴/秒的速率注入体积为AgNO₃溶液1～5倍的乙二醇溶液中混合，然后将此溶液置于转移至2.5GHz家用微波炉中加热5～10min不同的时间。微波炉的加热功率为100～1000w。

(3)待步骤(2)中反应结束后，将得到的混合物冷却至室温，向混合物中加入体积为混合物体积3～5倍的丙酮用以洗去乙二醇和过量的PVP，然后超声处理5～10min，将混合物于10000转/分速率下离心分离5～10min。分离后的固体再加去离子水洗涤，超声处理、离心分离，重复5～6次得到的固体粉末置于真空烘箱中干燥6～10h后得到固态银纳米线。

本发明具有的有益效果是：