[发明专利]一种柔性的可见光频段银树枝状结构复合材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种柔性的可见光频段银树枝状结构复合材料及其制备方法，特别涉及一种在柔性透明基底上通过化学电沉积制备的无序排列的纳米银树枝与二氧化硅薄膜组成的“三明治”多层结构，这种柔性的复合材料在可见光波段有特殊的光透射行为。

背景技术

从纳米技术提出以来，金属纳米材料一直是当前纳米研究领域的一个重要组成部分，不同结构尺寸的金属纳米材料因为其显著的物理化学性能以及在光学，电学，磁学等方面潜在的应用等受到人们的重视。其中，金属银树枝结构的制备与研究更引起人们的广泛关注。目前制备银的纳米树枝结构的化学方法主要有电化学法，超声化学法、微乳法、光化学法、置换法以及模板法等。与上述纳米树枝结构的制备方法相比，化学电沉积法具有晶粒尺寸小(10-100nm以内)、密度高、纳米晶体材料受尺寸和形状的限制少、没有溶胶-凝胶繁杂的后续过程，可以直接获得大批量的纳米晶体材料等一系列的优点。迄今为止，大部分的银纳米结构都是生长在溶液中或者刚性基底上，不易分离提纯或弯曲组装成特定形状的光学器件。本发明采用化学电沉积法在柔性透明的导电薄膜上制备出100nm左右的纳米银树枝结构，并且测试了其在可见光波段的透射行为，发现其在360-800nm波长处有多个吸收峰，对柔性光学器件的制备和性能研究将具有重要意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过化学电沉积法在柔性透明基底上制备的无序排列的纳米银树枝的复合材料。这种材料由纳米银树枝与二氧化硅薄膜按照“银树枝-二氧化硅薄膜-银树枝”三层方式组合而成，其在360-800nm频段内有特殊的光透射行为。

附图说明

图1制备的纳米银树枝样品的表面形貌扫描电镜图；

(a)(b)沉积电压为0.9V，(c)(d)沉积电压为1.1V。

图2不同沉积时间二氧化硅薄膜截面与表面的扫描电镜图(a)10s截面；(b)6s表面。

图3“银树枝-二氧化硅薄膜-银树枝”三层结构组装过程。

图4导电薄膜，银树枝结构与二氧化硅薄膜的可见光波段透射曲线(a)附着有二氧化硅薄膜的ITO薄膜；(b)空白ITO薄膜；(c)附着有纳米银树枝的ITO薄膜；(d)附着有纳米银树枝、二氧化硅薄膜的ITO薄膜。

图5“银树枝-二氧化硅薄膜-银树枝”的“三明治”结构可见光波段透射曲线，(a)银树枝的沉积电压1.1V，电极间距0.6mm；(b)银树枝的沉积电压0.9V，电极间距0.6mm；(c)银树枝的沉积电压0.9V，电极间距0.35mm。

具体实施方式

1.ITO薄膜上纳米银树枝的制备：将1.2g PEG-20000加入到5ml超纯水中(浓度为12mM)，溶解后加入3ml硝酸银溶液(浓度为0.59mM)，4℃下陈化24小时以上，得到褐色粘稠的电解液，并将其低温保存待用。采用双电极体系，金属银片为阳极，10×40mm²的ITO导电薄膜为阴极，两极板间距为0.3-0.6mm。用吸管将电解液滴加到极板边缘，通过毛细管作用，电解液会被自动吸入两极板之间，控制沉积电压为0.9V-1.3V，沉积时间为3-5min，电沉积过程结束后，将样品表面用大量超纯水冲洗，吹干，制得纳米银树枝。

2.“银树枝-二氧化硅薄膜”双层结构的制备：将0.17g硝酸钠溶解于20ml超纯水中(浓度为0.1M)，搅拌下滴加盐酸至pH＝3。此后，加入1.585g十六烷基三甲基溴化铵，待其充分溶解后加入20ml正硅酸乙酯的乙醇溶液(浓度为0.68M)，搅拌3h后得电解液。采用双电极体系，石墨片为阳极，沉积有银树枝的ITO导电薄膜为阴极，极板间距为0.5mm，沉积电压为2.0V，沉积时间为3-10s。电沉积过程结束后，将样品表面迅速用大量超纯水冲洗。可在银树枝的表面得到透光性好且表面光滑平整的二氧化硅层，也就是“银树枝-二氧化硅薄膜”双层结构。

3.“银树枝-二氧化硅薄膜-银树枝”三层结构的制备：“三明治”复合材料的组装过程如图3所示，在二维纳米银树枝的表面上电沉积一定厚度的二氧化硅薄膜后与另外一层二维纳米银树枝叠合组装成银树枝、二氧化硅薄膜和银树枝“三明治”复合材料。

4.三层结构的可见光透过性测试：采用UV-9300型紫外可见分光光度计，测试光波垂直通过这种“三明治”结构时的可见光透过率特性。测试结果显示其在360nm～800nm之间有多个吸收峰出现，测试曲线呈锯齿状，显示其特的透射性能。

本发明的实现过程和材料的性能由实施例和附图说明：