[发明专利]一种不同长径比的铜纳米线的合成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一维金属纳米材料，特别是涉及一种不同长径比的铜纳米线的合成方法。

背景技术

铜纳米线因其高导电率、高透过率和优异的柔性性能在触摸屏、太阳能电池、可穿戴设备、有机发光二极管等领域有较广运用前景，被认为是有望代替氧化铟锡（ITO）的新一代透明导电材料。而合成高质量的铜纳米线是制备性能优异的透明导电材料的前提。

目前，合成铜纳米线的方法主要有：

1、包括模板法、静电纺丝法、气相沉积法、固相还原法等“硬’方法。其中，模板法是以相应模板为模具，用物理或化学方法填充相应材料后，将材料作为结构主体去控制或引导纳米材料生长，并随着反应进行，模板自身消耗掉，进而得到特定形貌产物。其主要特点为无论是在气相还是液相中发生的反应可控性较好，然而受到必须预先制备相应模板所限制，其产物产量十分有限，且其多晶产物也是模板法主要的不足之处。静电纺丝法虽然能连续制备纳米线，但容易受环境因素如温度、湿度、过程控制参数如电压、流速，以及溶液参数如表面张力、粘度等因数影响。气相沉积法需要在真空中完成，条件较为苛刻。固相还原法需要在高温条件下完成，能耗大且效率低。这些“硬”方法，要么反应条件苛刻、步骤繁琐，要么成本较高、可控性差，因而不易实现大规模生产。

2、目前，基于液相溶液的“软”方法是合成铜纳米线的主流方法，主要包括水热还原法和溶剂热法等。这些方法虽然具有成本较低、可控性好，容易实现规模生产等优点，但是也分别存在诸多技术问题：采用水热还原法合成铜纳米线，要么其合成步骤较为繁琐，要么合成出来的铜纳米线终端有颗粒，影响了薄膜的光电性能。而溶剂热法虽然操作简单，但通常在较高温度(>150℃)下，并且需要在惰性气体保护下才能完成。

中国专利201080062895.1报道了液相还原法制备铜纳米线，其铜纳米线直径100±10nm，且终端伴有颗粒，会影响薄膜导电性和透过率。

中国专利201110144380.2通过液相还原法制备了单晶铜纳米线，由于反应物浓度低，其产量低。

中国专利201210323822.4报道了超长纳米线（1500μm）的合成方法，其中使用了贵金属作为催化剂，且反应温度较高（190℃）。

中国专利201410346038.4报道了长径比大、纯度高的铜纳米线的合成方法，它也是在较高温度（150℃）下完成合成的。

中国专利201410362522.6报道了连续生产化合成铜纳米线，虽然其产率较高，但是合成步骤繁琐，且制备的铜纳米线终端伴有颗粒。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不同长径比的铜纳米线的合成方法，该合成方法克服了目前常规合成方法中存在的工艺复杂、反应温度高、产物产量低纯度低等缺点，可制得可控性好、长径比大、分散性好，且终端无颗粒的铜纳米线。

本发明是通过以下技术方案实现上述技术目的的：

一种不同长径比的铜纳米线的合成方法，其特征在于，它是按照以下步骤进行的：

(1)配制二价铜盐和葡萄糖的混合水溶液A；

(2)配制油胺和油酸的无水乙醇溶液B；

(3)配制聚乙烯吡咯烷酮（PVP）的乙醇溶液C；

(4)将A、B和C混合，用水稀释后，在30～80℃下搅拌2～12h；

(5)将步骤（4）中所得溶液于100～130℃下反应4～24h，即可。

为了进一步纯化所制得的铜纳米线，上述不同长径比的铜纳米线的合成方法，还包括有步骤(6)：将步骤（5）中反应完后所得的溶液用正己烷和异丙醇的混合液，在8000～12000rpm/min离心洗涤数次，分散在异丙醇中，即可。

上述二价铜盐，具体可选择为氯化铜、硫酸铜、醋酸铜或硝酸铜。

上述合成方法中的二价铜盐、葡萄糖、油胺、油酸和PVP的用量，按照以下摩尔比配置：二价铜盐：葡萄糖：油胺：油酸：PVP=1:0.5～2：4～8：0.05～0.12：0.5～2.2。作为更进一步地优选，其具体按照以下摩尔比配置：二价铜盐：葡萄糖：油胺：油酸：PVP=1:1:6:0.06:1.1。

上述聚乙烯吡咯烷酮，优选重均分子量为55000、360000或1300000中的一种。

上述步骤（3）中配制的PVP的乙醇溶液C中，PVP的质量分数为2%～7%。

作为更进一步优化，上述不同长径比的铜纳米线的合成方法，具体是按照以下步骤进行的：