[发明专利]纳米铜线及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，特别是涉及一种纳米铜线及其制备方法。

背景技术

目前电子产品屏幕的薄膜是由铟锡氧化物(ITO)制成的，其透明程度很高，对于信息也具有良好的传导性。但ITO薄膜必须通过蒸汽沉积，这个过程十分缓慢，而且含有ITO的设备很容易裂开，此外，铟也是一种昂贵的稀土元素，每千克的价格高达800美元左右。这些问题都促使全球的科学家尽力寻找更加经济的材料，找到能更快速地镀在或印刷在所需的材料表面，形成低成本的透明导电薄膜。ITO薄膜的替代方法之一是使用价格低廉的金属导电纳米线的油墨，特别是用金属纳米线油墨制备成的透明导电薄膜。有研究小组发现将纳米金属线制备的导电膜在来回弯曲1000次以后，其仍能保持传导性和形状。与此相比，ITO薄膜的传导性和结构在几次弯折后就会损坏。2013年第一款屏幕由银纳米线制成的手机将会面市，但银与铟类似，仍然十分昂贵，每千克价格可达1400美元。而相比之下，铜的含量十分丰富，在贵金属中相对便宜的价格而倍受人们的青睐，在自然界含量可比铟和银充足一千余倍，价格也要便宜许多，每千克仅为9美元。研究表明，纳米铜线制成薄膜材料与目前用于电子设备和太阳能电池上的薄膜具有相同的特性，而纳米铜线制成薄膜材料成本却可显著降低。纳米铜线作为一种新型纳米结构——纳米铜线导电薄膜，其可大大降低手机、电子阅读器和平板电脑等显示器制造成本，同时能帮助科学家构建可折叠的电子产品。

目前，针对纳米金属线的合成国内外学者为研制纳米铜已展开了众多的研究工作，不断开发新的技术和新的方法。例如有文献报道在约60℃～100℃制备了长度1～500μm的和直径20～300nm的纳米铜线，但需要加入挥发性强的乙二胺的有机物，而且需要加入过量的碱如（NaOH或KOH），需要在氩气或氢气保护下储存。还有文献报道制备纳米铜线所用的形貌控制剂为有刺激性氨臭的二乙烯三胺、三乙烯、四胺或四乙烯五胺等。还有报道超长纳米铜线的制备方法需要用到贵金属Au、Pd、Pt或Cu等做催化剂。这些方法中有的需要加入有毒性的有机物形貌诱导剂（乙二胺的有机物或二乙烯三胺等），而且纳米金属线均匀性较差，纯度较低，而且合成方法成本较高、工艺比较复杂。现有技术中用诱导剂制备的纳米铜线，其方阻值在1000Ω/sq以上。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种纳米铜线及其制备方法。

具体的技术方案如下：

一种纳米铜线的制备方法，包括如下步骤：

（1）将浓度为0.0005-0.05mol/L的铜盐溶液加入到温度为40-90℃浓度为1-10mol/L的碱溶液中，混合后溶液中铜离子的浓度为1×10^-7～1×10^-5mol/L；

（2）配制还原剂和分散剂的混合溶液，然后加入到步骤（1）得到的溶液中，混合后溶液中还原剂的浓度为1×10^-4～1×10^-1mol/L，分散剂的浓度为1×10^-9～1×10^-3mol/L；

（3）配制浓度为0.005-0.5mol/L的铜盐溶液，然后在磁力搅拌或超声分散的条件下滴加到步骤（2）得到溶液中，混合后的溶液中铜离子的浓度为1×10^-4～1×10^-1mol/L，碱的浓度为0.1-5.0mol/L，反应0.5-6h，反应温度为40-90℃；

（4）将步骤（3）得到的产物进行离心分离、洗涤，即得所述纳米铜线。

在其中一个实施例中，步骤（3）中滴加的速率为0.4-2.4mL/分钟。

在其中一个实施例中，所述铜盐为氯化铜、氯化亚铜、硫酸铜、硝酸铜、柠檬酸铜或醋酸铜。

在其中一个实施例中，所述碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液或氢氧化钙溶液。

在其中一个实施例中，所述还原剂为硼氢化钾、硼氢化钠、葡萄糖或盐酸羟胺或水合肼。

在其中一个实施例中，所述分散剂为聚乙烯吡咯烷酮、C₁₃～C₁₆烷基磺酸、十二烷基磺酸钠或十二烷基硫酸钠。

本发明的另一目的是提供一种纳米铜线。

具体的技术方案如下：

上述制备方法制备得到的纳米铜线。

在其中一个实施例中，该纳米铜线长3～15μm，直径为20～100nm。

本发明的原理如下：