銀納米線的制備

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

（武漢船用電力推進裝置研究所，武漢 430064）

透明導體是許多電子器件的核心，銀納米線是最適合用作透明導體的材料。隨著手機觸摸屏的廣泛應用和太陽能產業的發展，對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。本文綜述了當前銀納米線的應用及銀納米線制備技術及其優缺點。并展望了未來工業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

由于銀具有高的導電性與導熱性，銀被廣泛應用于各種領域，如用作催化劑，電極材料，光電子材料和電子漿料。隨著人們對一維材料研究的深入，尤其是認識到一維材料獨特的量子效應和小尺寸效應，許多研究者已經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構。

1 銀納米線的主要應用

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

最近，透明導體在生活中越來越普及，因為透明導體是許多電子器件如手機觸摸屏，液晶顯示器，有機發光二極管和太陽能電池的核心。傳統的透明導體是銦錫氧化物（ITO）,但是由于銦錫氧化物有原料供應不足和陶瓷的易碎缺點[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]，導電高分子[4]和金屬納米結構材料[5]。但是，碳納米管和石墨烯存在導電性和透明度不高的缺點，導電高分子存在穩定性差的缺點，金屬納米結構材料，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體。因為金屬有許多自由電子保證材料的導電性。與碳材料類似，金屬材料同樣存在透明度不佳的缺點，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出很好的透明度。

除了在OLED顯示，薄膜太陽能電池，可穿戴設備等透明導體上的應用，銀納米線還可以應用于抗菌藥物、功能性紡織品，醫學成像技術和工業催化等領域。

2 銀納米線的制備技術現狀

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法。物理合成法包括模板法，光刻合成法，氣相合成法等。化學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，表面光滑度和結晶度并不相同，這些特征都會影響到銀納米線的性質。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節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點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。但是其缺點是后期處理較復雜，很難實現大規模生產，并且產品的形貌也不好調節。

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。這種方法的優點是設備簡單，缺點是耗時長，成品率低，不適合大規模生產。

2.3氣相合成法

光學領域應用的銀納米線需要滿足表面無殘留雜質，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。這種方法的優點是能夠合成單晶的納米線，并且表面光滑，可以有非常優秀的光學性質。但是，其缺點是制備的設備要求較高，成品率低，不能保證產品質量而不適合大規模生產。

2.4 軟化學法

軟化學法是一種溫和的合成銀納米線的方法。其利用銨根離子對硝酸根離子的穩定性，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，當兩者之比小于或者等于1時，可合成長徑比為60的銀納米線。這種方法的優點是不需要晶種，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，因為其操作簡便，耗時少。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。其機理是隨著反應溫度的升高，反應釜中的壓力也隨之增加，高溫高壓的環境有利于銀納米線的快速生長。同時，在封閉的環境中，銀納米線不易引入雜質。但是，通常在這種方法合成的銀納米線表面會有薄薄的一層碳覆蓋。也有學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，并探究了合成的機理，合成的銀納米線表面雜質極少，可以推廣大規模生產。

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劑，誘導劑的添加方式，反應液的濃度，反應時間及反應溫度。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，夏幼南[12]還提出了多元醇法合成銀納米線的機理及支撐證據。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，對反應環境不苛刻，銀納米線很容易獲得，是未來工業化生產的最主要方法。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 結論

由于銀納米線特殊的結構帶來的特殊的性能，未來高科技產業對銀納米線的需求也會越來越大。如何實現大規模高質量，低成本工業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法合成銀納米線的機理，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，就很可能實現銀納米線的產業化，將納米線應用到更多高科技的領域上。

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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。