银纳米线的可控制备及性能研究

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近年来,银纳米线(AgNWs)在太阳能电池、柔性触摸屏和有机发光二极管等方面表现出潜在的应用前景,受到的关注度越来越高。但其存在制备时重复性差、过程繁琐、尺寸不可控等问题,严重限制了规模化生产和广泛应用。微流控技术具有传质传热快、溶液混合均匀等特点,为高质量AgNWs的制备提供了新技术。本论文采用微流控技术辅助多元醇法可控合成了尺寸可调AgNWs,分别在乙二醇相和丙二醇相系统研究了不同工艺参数对AgNWs的形貌、直径、长径比和光学吸收的影响规律。主要研究内容如下:分别采用连续流法和传统间歇法合成了AgNWs,对比发现,在构建的连续流微反应器中不通入氮气条件下只需30 min即可获得平均直径为60 nm,线长为15μm,且副产物较少的AgNWs;而采用传统间歇法合成时在通入氮气条件下反应1 h合成了平均直径为60 nm,平均长度为4μm的低产率AgNWs。连续流法获得了较长的AgNWs主要归因于扩散控制的前驱体和提高的混合效率,该方法不仅制备过程简单易操作,且实验的可控性和可重复性有了显著提高。以乙二醇(EG)作为多元醇,在连续流反应器中,分别以不同Na Cl浓度、不同PVP浓度和分子量合成了AgNWs。随着Na Cl浓度的降低,伴随着Ag Cl纳米立方体的消失,AgNWs的产率增加;随着PVP与Ag NO3摩尔比的增加,由于PVP会选择性吸附在Ag种子和AgNWs的(100)面上,AgNWs的直径会逐渐减小、长度逐渐增加,同时副产物的量也在逐渐降低;当少量短链PVP(PVP-55K)与长链PVP(PVP-1.3M)同时存在可以完全钝化(100)晶面,从而在30 min内获得了直径40 nm、长径比高达2500的超长AgNWs;结合TEM分析,提出了尺寸分布聚焦生长获得尺寸均一的Ag晶种和Ag纳米棒的定性连接生长成高长径比AgNWs的形成机理。使用丙二醇(PG)作为多元醇时,通过调节反应温度、反应时间、微反应器的管长、安息香还原剂的浓度及EG与PG的混合比在连续流反应器中制备了AgNWs,研究发现当单独使用PG时,由于其较高的还原性反应温度可降至140℃,得到的线较细,但线长较短,平均线长为11μm,改变管长和引入不同浓度的安息香都会导致AgNWs的直径变大,线变短,副产物增加。而EG的出现对线长和直径都有显著影响,随着PG/EG的体积混合比从1:0逐渐增加到3:7,线长会显著增大到70μm,直径会增加到65 nm,当混合比为5:5时,AgNWs的长径比值最高,可达1300,副产物也最少。结果表明,溶剂的还原性过高导致Ag晶种的形成过程和AgNWs的生长过程不可控,不利于高长径比AgNWs的合成。
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