張圣歡，馬曉毅，祝志勇，吳鄧家明，孫 寶

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銀納米線的制備

張圣歡，馬曉毅，祝志勇，吳鄧家明，孫 寶

（武漢船用電力推進(jìn)裝置研究所，武漢 430064）

透明導(dǎo)體是許多電子器件的核心，銀納米線是最適合用作透明導(dǎo)體的材料。隨著手機(jī)觸摸屏的廣泛應(yīng)用和太陽能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，對(duì)銀納米線需求量也越來越大。目前，有多種多樣的方法合成銀納米線。本文綜述了當(dāng)前銀納米線的應(yīng)用及銀納米線制備技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)。并展望了未來工業(yè)化合成銀納米線的采用的方法。

銀納米線 觸摸屏 太陽能 合成方法

0 引言

由于銀具有高的導(dǎo)電性與導(dǎo)熱性，銀被廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如用作催化劑，電極材料，光電子材料和電子漿料。隨著人們對(duì)一維材料研究的深入，尤其是認(rèn)識(shí)到一維材料獨(dú)特的量子效應(yīng)和小尺寸效應(yīng)，許多研究者已經(jīng)把目光聚焦在了銀納米線的合成與表征。銀納米線指的是一種橫向尺寸為納米尺度的銀金屬的一維結(jié)構(gòu)。

1 銀納米線的主要應(yīng)用

銀材料在眾多金屬材料中，導(dǎo)電性尤為突出，并且相對(duì)于其它貴金屬材料，銀的成本相對(duì)較低。除了導(dǎo)電性能，銀材料具有很好的熱穩(wěn)定性，抗菌性能和催化性能。而一維納米線的導(dǎo)電導(dǎo)熱性能相對(duì)于普通銀材料性能更佳。成為了近期學(xué)者研究的熱點(diǎn)。

最近，透明導(dǎo)體在生活中越來越普及，因?yàn)橥该鲗?dǎo)體是許多電子器件如手機(jī)觸摸屏，液晶顯示器，有機(jī)發(fā)光二極管和太陽能電池的核心。傳統(tǒng)的透明導(dǎo)體是銦錫氧化物（ITO）,但是由于銦錫氧化物有原料供應(yīng)不足和陶瓷的易碎缺點(diǎn)[1]，下一代的柔性透明材料被廣泛研究，例如：碳納米管[2]，石墨烯[3]，導(dǎo)電高分子[4]和金屬納米結(jié)構(gòu)材料[5]。但是，碳納米管和石墨烯存在導(dǎo)電性和透明度不高的缺點(diǎn)，導(dǎo)電高分子存在穩(wěn)定性差的缺點(diǎn)，金屬納米結(jié)構(gòu)材料，尤其是銀納米線很可能取代銦錫氧化物成為下一代的透明導(dǎo)體。因?yàn)榻饘儆性S多自由電子保證材料的導(dǎo)電性。與碳材料類似，金屬材料同樣存在透明度不佳的缺點(diǎn)，但是，小尺寸，特別是尺度比可見光的波長還要小的金屬材料可以表現(xiàn)出很好的透明度。

除了在OLED顯示，薄膜太陽能電池，可穿戴設(shè)備等透明導(dǎo)體上的應(yīng)用，銀納米線還可以應(yīng)用于抗菌藥物、功能性紡織品，醫(yī)學(xué)成像技術(shù)和工業(yè)催化等領(lǐng)域。

2 銀納米線的制備技術(shù)現(xiàn)狀

目前，銀納米線的合成方法有多種多樣，主要分為物理法和化學(xué)法。物理合成法包括模板法，光刻合成法，氣相合成法等?；瘜W(xué)合成法主要包括多元醇法，溶劑熱法等。盡管有不同的方法合成銀納米線，但是不同方法制備的銀納米線的尺寸，表面光滑度和結(jié)晶度并不相同，這些特征都會(huì)影響到銀納米線的性質(zhì)。表一是利用不同方法制備的銀納米線的主要特征。

2.1模板輔助合成法

模板輔助合成銀納米線可采用陽極氧化鋁，聚碳酸酯膜，多孔硅及二氧化硅，碳納米管等。對(duì)于模板輔助合成法，納米線的表面光滑度完全取決于模板的尺寸。與傳統(tǒng)的模板不同，劉杰[6]等采用重離子徑跡模板制備了不同直徑的銀納米線，這種模板可以可控的調(diào)節(jié)模板中孔道的密度和排列方式。采用模板輔助合成銀納米線的優(yōu)點(diǎn)是能夠很容易合成定向排列的納米線陣列，制備方便，模板的成本低。但是其缺點(diǎn)是后期處理較復(fù)雜，很難實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)，并且產(chǎn)品的形貌也不好調(diào)節(jié)。

2.2光刻合成法

與模板輔助合成法不同，通過光刻納米線合成制備的銀納米線是多晶材料，表面粗糙。光刻法引入紫外光還原硝酸銀。段曉峰[7]等結(jié)合晶種法，利用聚乙烯吡咯烷酮（PVP）為分散劑，用15 W的低壓汞燈（(λ=253.17 nm）照射樣品，得到直徑為80～100 nm,長度約為35μm的銀納米線。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，缺點(diǎn)是耗時(shí)長，成品率低，不適合大規(guī)模生產(chǎn)。

2.3氣相合成法

光學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用的銀納米線需要滿足表面無殘留雜質(zhì)，氣象合成法是最好的合成方法之一。Bongsoo Kim[8]等利用Ag2O為原料，不添加任何模板和催化劑，在900-1000℃氬氣保護(hù)下，合成了單晶銀納米線，納米線的直徑為80～150 nm。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是能夠合成單晶的納米線，并且表面光滑，可以有非常優(yōu)秀的光學(xué)性質(zhì)。但是，其缺點(diǎn)是制備的設(shè)備要求較高，成品率低，不能保證產(chǎn)品質(zhì)量而不適合大規(guī)模生產(chǎn)。

2.4 軟化學(xué)法

軟化學(xué)法是一種溫和的合成銀納米線的方法。其利用銨根離子對(duì)硝酸根離子的穩(wěn)定性，在室溫條件下就可以獲得銀納米線。劉琪[9]等利用二苯胺磺酸鈉為還原劑還原AgNO3，當(dāng)兩者之比小于或者等于1時(shí)，可合成長徑比為60的銀納米線。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要晶種，也不需要表面活性劑，成本低廉，條件溫和。缺點(diǎn)是效率低。

2.5溶劑熱法

溶劑熱法制備是合成納米材料的最常見的方法，因?yàn)槠洳僮骱啽悖臅r(shí)少。最近，有許多研究者都把目光聚焦在溶劑熱法合成銀納米線上。這種方法的通常做法是用葡糖糖還原AgNO3，體系中加入過量的PVA和PVP。其機(jī)理是隨著反應(yīng)溫度的升高，反應(yīng)釜中的壓力也隨之增加，高溫高壓的環(huán)境有利于銀納米線的快速生長。同時(shí)，在封閉的環(huán)境中，銀納米線不易引入雜質(zhì)。但是，通常在這種方法合成的銀納米線表面會(huì)有薄薄的一層碳覆蓋。也有學(xué)者選用淀粉和十二烷胺為還原劑制備納米線，碳的覆蓋量會(huì)明顯減少。Katsuaki Suganuma等[10]在溶劑熱體系中添加少量的NaCl，并加入少量的乙醇，可控合成了不同尺寸的納米線，并探究了合成的機(jī)理，合成的銀納米線表面雜質(zhì)極少，可以推廣大規(guī)模生產(chǎn)。

2.6多元醇法

多元醇法制備銀納米線是利用醇溶液的還原能力，如乙二醇，丙三醇，將金屬離子還原成金屬原子。通常情況，需要加熱才能提高醇溶液的還原能力。與溶劑熱法利用反應(yīng)釜的高溫高壓不同，多元醇法利用的是油浴和高溫條件。為了可控合成特定長度，直徑和長徑比的銀納米線，可以選擇合適的誘導(dǎo)劑，誘導(dǎo)劑的添加方式，反應(yīng)液的濃度，反應(yīng)時(shí)間及反應(yīng)溫度。夏幼南等[11]通過研究一種軟溶膠凝膠的方法，可以大規(guī)模合成直徑30～40 nm，長度50 μm的銀納米線。該方法采用還原PtCl2成Pt納米顆粒作為晶種。同時(shí)，夏幼南[12]還提出了多元醇法合成銀納米線的機(jī)理及支撐證據(jù)。在合成過程中，PVP更多的吸附在銀的{100}晶面而不是{111}晶面。導(dǎo)致在奧斯特瓦爾德熟化過程，銀晶粒各向異性生長。

此制備方法操作簡便，對(duì)反應(yīng)環(huán)境不苛刻，銀納米線很容易獲得，是未來工業(yè)化生產(chǎn)的最主要方法。最近，采用不同的表面活性劑及不同的晶種可控合成不同尺寸，不同直徑的銀納米線的研究尤為火熱。

3 結(jié)論

由于銀納米線特殊的結(jié)構(gòu)帶來的特殊的性能，未來高科技產(chǎn)業(yè)對(duì)銀納米線的需求也會(huì)越來越大。如何實(shí)現(xiàn)大規(guī)模高質(zhì)量，低成本工業(yè)化合成銀納米線是銀化工的重要課題。如果能夠深入研究化學(xué)法合成銀納米線的機(jī)理，采用新的還原劑，分散劑，或者采用新的晶種可控合成銀納米線，降低銀納米線的合成條件，縮短周期，就很可能實(shí)現(xiàn)銀納米線的產(chǎn)業(yè)化，將納米線應(yīng)用到更多高科技的領(lǐng)域上。

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Synthesis of Silver Nanowire

Zhang Shenghuan, Ma Xiaoyi, Zhu Zhiyong, Wu Dengjiaming, Sun Bao

（Wuhan Institute of Marine Electric Propulsion, Wuhan 430064, China）

TM24

A

1003-4862（2017）05-0060-03

2016-12-15

張圣歡(1990-)，男，碩士。研究方向：金屬材料。