[发明专利]一种油相化学还原制备铜纳米线的方法

说明书

技术领域

本发明涉及材料领域。更具体地，涉及一种铜纳米线及油相化学还原制备铜纳米线的方法。

背景技术

近年来，由于一维纳米结构具有独特的光、电、磁等性质，特别是在电子、原子探针、光学器件、透明导电材料及传感器等领域的应用而受到广泛的关注。而铜纳米线一方面具有高的导电性，独特的力学、光学等物理现象在今后的应用中具有极其重要的作用；另一方面由于铜储量丰富，在贵金属中相对便宜的价格而倍受人们的青睬。

目前，合成铜纳米线的方法主要有：模板辅助合成法、直接气相沉积法、溶液法。模板辅助合成法由于其合成过程中装置简单、操作容易、形态可控而作为合成铜纳米线的普遍方法。但是由模板合成的铜纳米线的后处理工艺繁琐，常需要用强酸、强碱或其它有机溶剂去除模板。直接气相沉积法是通过各种物理或化学手段形成气相反应物，再将形成的气相反应物直接沉积在特定的基底上而形成一维纳米线结构，此法虽工艺简单但是需在高温条件下进行。溶液法合成铜纳米线通常以碱或酸为还原剂，反应条件比较苛刻，难以推广，且所用溶剂为水，制备的纳米线团簇在一起，很难分散，这为其后续应用带来了巨大的困难。

因此，需要提供一种尺寸均一、线型规整且分散性好的简便易行的制备铜纳米线的方法。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种油相化学还原制备铜纳米线的方法。该方法能够可控合成铜纳米线。

本发明的另一个目的在于提供一种利用油相化学还原制备的铜纳米线。该铜纳米线线型规整、尺寸均一，直径为15～35nm，长度为5μm～20μm。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种油相化学还原制备铜纳米线的方法，包括如下步骤：

1)将还原性有机溶剂、阳离子型表面活性剂、无机盐催化剂和铜源混合，得到混合液A；

2)在惰性气氛保护条件下，将混合液A在40～100℃加热搅拌至所有固体试剂完全溶解，得到溶液B；

3)将溶液B升温至170～200℃并保温，得到悬浊液C；悬浊液C自然冷却至室温，离心，取底部沉淀用有机溶剂离心洗涤，洗涤后得到的红色沉淀即为铜纳米线。

优选地，步骤1)中，所述还原性有机溶剂、阳离子型表面活性剂、无机盐催化剂和铜源的质量比为10:0.2～0.3:0.05～0.15:0.1～0.4。经过本申请人大量反复的试验尝试和探索发现，该范围体系更容易合成金属纳米线。如果不在该范围内合成，很难合成出金属纳米线。

优选地，步骤1)中，所述还原性有机溶剂选自油胺、油酸和十八烯中的一种或多种。

更优选地，步骤1)中，所述还原性有机溶剂为油胺。因为油胺相比于油酸和十八烯有更好的溶剂性和还原性，更利于形成均一单分散的铜纳米线。

优选地，步骤1)中，所述阳离子型表面活性剂选自二甲基双十八烷基氯化铵、聚乙烯吡咯烷酮或者三苯基膦。

更优选地，步骤1)中，所述阳离子型表面活性剂为二甲基双十八烷基氯化铵。二甲基双十八烷基氯化铵相比于其它表面活性剂控制合成出的铜纳米线具有更好的形貌和长径比。

优选地，步骤1)中，所述无机盐催化剂选自氯化镍、硝酸镍、氯化钴或者硝酸钴。

更优选地，步骤1)中，所述无机盐催化剂为氯化镍。经大量实验验证，氯化镍相比于其他镍盐更容易合成得到铜纳米线。

优选地，步骤1)中，所述铜源选自乙酰丙酮铜、氯化铜、硝酸铜、硫酸铜或者醋酸铜。

更优选地，步骤1)中，所述铜源为乙酰丙酮铜。经大量实验验证，乙酰丙酮铜相比于其他铜盐更容易合成得到铜纳米线。

优选地，步骤2)中，所述加热搅拌的时间为5～30min。该搅拌时间范围是既考虑充分溶剂固体试剂和节能效果的理想选择范围。

优选地，步骤3)中，所述保温的时间为0.5～10h。通过对该保温时间的调控，可以合成得到不同长径比的铜纳米线。

优选地，步骤3)中，有机溶剂离心洗涤的转速为8000～11000r/min；所述有机溶剂选自正己烷、乙醇、甲苯和丙酮中的一种或多种。离心洗涤的转速如果过小，则离心效果不好，如果转速过大则会导致产品结块。

优选地，步骤3)中，为了保持制备得到的铜纳米线的单分散性，还可以将洗涤后的红色沉淀分散于诸如正己烷、乙醇、甲苯或丙酮等的有机溶剂中保存。