[发明专利]一种金属纳米线的纯化系统及纯化方法

说明书

本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体涉及一种金属纳米线的纯化系统及纯化方法，所述纯化系统包括：储料系统、多级纯化系统和控制系统；所述储料系统由多个相互独立的储料罐构成，所述多级纯化系统由依次连接的初级纯化装置、次级纯化装置和三级纯化装置构成；所述初级纯化装置内设有过滤膜，所述次级纯化装置内设置有喷淋头，所述三级纯化装置由微流控纯化塔构成，所述微流控纯化塔内串联设置有多个玻璃微珠纯化柱和多个微流控芯片纯化柱；所述控制系统控制储料系统向多级纯化系统、以及多级纯化系统内各级纯化装置间的物料传送。本发明的纯化系统采用多级纯化，能够最大限度提高纯化速度并保证纯化质量，得到杂质含量较低的纯化金属纳米线。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备技术领域，具体涉及一种金属纳米线的纯化系统及纯化方法。

背景技术

透明导电电极是太阳能电池、发光二极管、触控屏、显示器等光电器件中最重要的组成部件之一。目前市场上广泛使用的透明导电电极的材料是氧化铟锡，但是氧化铟锡成本较高，且在弯曲条件下易脆裂，因此并不适用于柔性电子设备。为此，近年来学界和产业界相继研发出导电聚合物、碳纳米管、石墨烯、金属纳米线等柔性纳米导电材料，其中金属纳米线由于低成本、高性能、超柔性而受到广泛关注。

目前，金属纳米电极的生产通常分为以下几步：金属纳米线的合成、金属纳米线的纯化、以及金属纳米线油墨的制备及涂布，其中基于金属纳米线的透明电极的性能主要取决于三个过程：(1)合成的金属纳米线的长径比及其尺寸大小的单分散性；(2)纳米线纯化的纯度，后处理除去纳米短棒、颗粒以及作为表面活性剂的聚合物；(3)纳米线涂布成膜时导电网络的均匀性。

其中金属纳米线的纯化是决定金属纳米线油墨的生产成本和质量的关键步骤。金属纳米线纯化的纯度主要取决于后处理除去金属纳米短棒、金属纳米颗粒以及作为表面活性剂的聚合物的有效程度；传统的金属纳米线提纯技术有离心法、膜过滤法、切向流法、萃取法、电泳分离法等，这些方法都具有操作繁琐、步骤繁多、纯化效率低、需要耗费大量的时间及溶剂等问题，并且过多的离心还会造成金属纳米线团聚，极大地影响金属纳米线油墨的品质以及透明电极的光电性能。因此，为进一步提高金属纳米线质量，降低生产成本以实现用于商业应用，有必要进行开发一种高效快捷的方法，用于大规模自动化提纯金属纳米线。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种金属纳米线的纯化系统及纯化方法，通过多级纯化利用微流控技术，分离得到纯化程度较高的金属纳米线。

本发明第一方面提供一种金属纳米线的纯化系统，包括：储料系统、多级纯化系统和控制系统；

所述储料系统由多个相互独立的储料罐构成，多个储料罐内存储有不同物料；

所述多级纯化系统由依次连接的初级纯化装置、次级纯化装置和三级纯化装置构成；所述初级纯化装置内设有过滤膜，所述次级纯化装置内设置有喷淋头，所述三级纯化装置由微流控纯化塔构成，所述微流控纯化塔内串联设置有多个玻璃微珠纯化柱和多个微流控芯片纯化柱；所述储料系统内不同储料罐与各级纯化装置通过管道连通；

所述控制系统包括多组控制模块，多组所述控制模块与所述储料系统、多级纯化系统电联接，所述控制系统通过多组所述控制模块控制储料系统向多级纯化系统、以及多级纯化系统内各级纯化装置间的物料传送。

进一步地，所述微流控芯片纯化柱内包括多个串联的微流控芯片，所述微流控芯片内微通道的宽度为10-500μm，深度为5-300μm，所述玻璃微珠纯化柱内玻璃微珠的尺寸为1-30μm；优选地，所述微流控芯片内微通道的宽度为50μm，深度为30μm，所述玻璃微珠纯化柱内玻璃微珠的尺寸为25μm。

微流控芯片主要是由微米级通道和腔室组成，利用流体在微通道内的层流特性，金属纳米线和粒子以及其它杂质的扩散速度并不一致，通过芯片的串联，可以延长流体路径，从而操纵金属纳米线和杂质的分离。