[发明专利]一种超薄银纳米板的合成方法

说明书

本发明是超薄银纳米板的合成方法，该方法包括：通过向硝酸银和表面活性剂的混合溶液中加入大量且过量的双氧水和强还原剂制备出晶种类型高度一致化的晶种溶液；利用晶种溶液，通过控制反应过程中还原剂及硝酸银的量，得到形貌、尺寸可控，且单分散的第一种银纳米板；通过多轮续生长得到带有随机“缝隙”和“热点”的第二种银纳米板；通过引入卤素离子/双氧水刻蚀缺陷，多轮续生长得到边沿平整的超高长径比、超大且超薄的第三种银纳米板；并通过包裹上述三种结构独特的纳米板，得到核壳结构的超薄银纳米板。本发明创造性地提出了一种带有随机“缝隙”和“热点”的纳米板结构的制备方法；解决了银纳米板材料稳定性差的难题。

技术领域

本发明涉及纳米光子学、等离激元学、红外光学、纳米材料、印刷电子和薄膜器件领域，特别涉及超薄银纳米板的合成及尺寸、形貌控制方法。

背景技术

银纳米板是一种特殊的二维纳米材料，具有独特的物理、化学性质。尤其在光学方面，具有表面等离激元(SPs)效应。在光照时，银纳米板表面自由振动的电子与入射光相互作用，形成共振，产生沿着表面传输的局域电磁波。其性质与材料尺寸有密切联系。

宽度在数纳米至数十纳米之间的小尺寸银纳米板在可见光波段具有局域表面等离激元共振效应(LSPR)，能将光场局域在颗粒周围，引起局部光强密度大幅增强。在尺寸和形貌呈单分散的情况下，银纳米板溶液的共振吸收峰为单峰，峰值随纳米板尺寸的增大而红移，导致宏观样品有着黄、橙、梅红、紫、蓝等一系列不同色彩。重要的是，样品单分散程度越好，共振吸收峰的半高宽越窄。在此基础上，高产率的小尺寸纳米板可组装形成宏观的薄膜器件，通过调节纳米板的尺寸，即可实现局域光场分布的精确调控。除了薄膜器件，小尺寸的银纳米板也被广泛应用于印刷电子领域，制作导电油墨。有研究表明，同样尺寸的导线，由银纳米板组成的样品比银纳米球组成的样品电阻小4个数量级，可有效降低导线的电阻。这是由于金属颗粒尺寸越小，其原子越活越，越适合用作导电油墨，而银纳米板是二维各向异性的纳米材料，在厚度方向上的尺寸仅为数纳米，远小于其他各种形貌的纳米颗粒。因此，银纳米板更容易相互之间形成焊接效果，进而形成块体材料，因此导电率显著高于其他形貌纳米颗粒形成的导线。且随着纳米板产率的提升，纳米板的厚度更薄，油墨中纳米颗粒形貌区域均一化，所打印的导线和电子器件的电阻还会进一步降低，性能也会显著提高。综上所述，制备高产率、小尺寸的超薄单分散银纳米板，是金属纳米材料和器件技术领域的一个研究焦点，能解决上述各种应用领域的瓶颈问题。

现有的小尺寸银纳米板的合成方法有：光催化还原法、电化学法、超声波法等，这些方法周期长、产率低，需要通过提纯以提高产率。相比之下晶种生长法通过将晶种的产生和生长过程分开，根据不同时期反应动力学的要求控制反应的条件，从可以得到形貌、尺寸可控的银纳米板样品。但是现有的晶种法制备的样品，最终产物中大都有很高比例的球形颗粒，无法实现单分散的银纳米板。其主要瓶颈在于反应初期生成的晶种得不到充分筛选，所生成的晶种类型多样，包括单晶晶种及孪晶晶种等，不同类型的晶种经过续生长得到的颗粒形貌不同，从而直接影响了产率的提高。因此，急需引入更加高效的筛选机制，实现晶种类型的高度一致化。同时晶种的高度一致化也会使得续生长工作的可控性增强，可提高溶液浓度，获得产率高、浓度高结晶性好、尺寸可调的银纳米板。