银纳米线的可控制备及其应用研究

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一步多元醇法是银纳米线合成相对成熟的技术,该法存在的主要问题有:1)银纳米线尺寸难以精准控制;2)反应体积放大研究不够深入;3)母液的洗涤及银纳米线高效分离提纯困难。本文采用一步多元醇法反应合成银纳米线,研究金属阳离子型控制剂,无机阴离子型控制剂及复合控制剂等对银纳米线尺寸的影响,合成出预期尺寸的产物,分析不同化学控制剂的作用机理。研究反应体积放大对产物尺寸与品质的影响。实验研究母液洗涤与分离提纯方法。根据不同尺寸银纳米线的性能特点,开展银纳米线的潜在应用研究,一是尝试将银纳米棒作为丝网印刷用银浆的导电相,考察银浆制得的导电膜层的性能;二是尝试将银纳米长线替代银微米粉制备锌银电池的电极,开展银纳米线电极与银微米粉电极的显微组织、充电性能等差异性的初步研究。研究表明,化学控制剂的种类对银纳米线尺寸具有重大影响,阳离子型控制剂和阴离子型控制剂在银纳米线形核与生长时的作用机理不同。单独添加阳离子型化学控制剂(如Mn2+、Ni2+、Co2+等),倾向于使银纳米线变长变粗;单独添加阴离子型化学控制剂(如OH-、CO32-、SO42-等)则倾向于使线长变短,甚至生成银纳米颗粒。合适的金属阳离子/无机阴离子或无机阴离子/无机阴离子复合型控制剂可以实现银纳米线长度及直径在一定范围内的精确可控。洗涤的目的是去除银纳米线反应母液中的PVP等各类有机物。研究表明,介质稀释和加热均可降低母液粘度,以便于有机物的去除。基于成本及效率考虑,选用去离子水稀释反应母液洗涤。研究发现,洗涤次数对于降低反应母液中PVP和EG含量有很大影响,经四次洗涤后的产物中有机物含量已很低。压滤工艺可以实现分散液中银纳米线与银纳米颗粒的高效分离,经三次压滤即可获得纯净的银纳米线。银纳米棒制成的银浆丝网印刷可以有效降低方阻,提高膜层的导电性能。印刷后的湿膜经80oC和120oC烧结后膜层方阻明显降低。银纳米线表面残存的PVP对锌银电池正极的充电效果有重大影响。合成的银纳米粗线更易通过多次洗涤方法去除PVP。将尽可能纯净的银纳米线在相对小的压力下(如0.5MPa)压制成形制备电极,并在较低温度(如200oC)下烧结,电极的比表面积较大,有利于化成效果的提高,与商用微米级银粉电极相比,银纳米长线电极化合成氧化银的量提高约29%,初步表明用银纳米长线制备锌银电池的正极有可能使电池具有更大的比能量。
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