技术领域
[0001] 本
发明涉及纳米银的表面改性工艺的技术领域,尤其涉及一种纳米银纤维的表面改性方法。
背景技术
[0002] 纳米银材料由于其特殊的物理和化学性质,在催化、光学、
电子、表面拉伸增强、
生物医药和生物
传感器等诸多领域都具有广泛的应用前景。
纳米材料这些独特性能与其尺寸、形状密切相关,因而形貌可控地制备纳米材料非常重要。虽然纳米材料的制备方法日益多样化,但在纳米材料的可控制备方面所取得的成就仍非常有限,因此寻找新的合成方法制备尺寸和形貌可调的银纳米结构具有十分重要的意义和广泛的应用前景。
[0003] 由于
纳米粒子表面
原子数增多,其晶体场环境和结合能与内部不同,表面原子周围缺乏相邻的原子,有许多悬空键,具有不饱和性,表面原子配位数不足和高的表面能,使这些原子易与其它原子相结合而稳定下来,故具有很强的化学活性。在
现有技术中,纳米银的表面改性方法通常采用加入
表面活性剂来形成具有一定形貌和引导生长的纳米粒子;而现有技术中对纳米银进行改性的方法在一定程度上都存在某些不足,比如物理方法制备的纳米银对设备要求较高,因而制备成本相对较高,化学方法中使用的许多还原剂有毒,需要大量的表面活性剂保护,生成的粒子
稳定性较差,易发生团聚,粒径分布不均匀,从而限制了纳米银的使用。
发明内容
[0004] 本发明的目的是为了克服上述现有技术的缺点,提供一种纳米银纤维的表面改性方法,该纳米银纤维的表面改性方法采用
水热法制备纳米银纤维,以
抗坏血酸为还原剂,聚乙烯醇为分散剂,形成的纳米银纤维可呈
纳米线或
纳米棒等形貌,合成高纯度的纳米银纤维,其具有较大的反应物浓度,反应时间短,成本低廉,形貌易于调控,对反应
试剂环境优化,表面改性优良,拓宽了应用范围。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种纳米银纤维的表面改性方法,包括如下步骤:
[0006] (1)将10ml浓度为0.15mol/L AgNO3滴加到20mL溶解浓度为0.1mol/L的抗坏血酸中;
[0007] (2)添加20mL浓度为0.015mol/L Fe2(SO4)3到上述溶液中;
[0008] (3)然后在上述
混合液中加入表面活性剂聚乙烯醇并充分溶解,将得到的反应液转移至聚四氟乙烯衬的水热反应釜中,在180℃下水热反应3h,自然冷却至室温;
[0009] (4)将所得产物用
乙醇充分洗涤,经过高速台式离心机进行离心分离后得到纳米银溶胶溶液,然后在电热恒温古
风干燥箱中进行干燥,最后通过超声
振荡器进行振荡分散后得到纳米银纤维,纳米银各个晶面均被表面活性剂的分子包覆。
[0010] 进一步的,所述水热反应釜的容积为100mL。
[0011] 进一步的,所述的表面活性剂聚乙烯醇的加入量为2.25g。
[0012] 综上所述,本发明的纳米银纤维的表面改性方法采用水热法制备纳米银纤维,以抗坏血酸为还原剂,聚乙烯醇为分散剂,形成的纳米银纤维可呈纳米线或纳米棒等形貌,合成高纯度的纳米银纤维,其具有较大的反应物浓度,反应时间短,成本低廉,形貌易于调控,对反应试剂环境优化,表面改性优良,拓宽了应用范围。
附图说明
[0013] 图1是纳米银纤维低倍率的扫描电镜放大图;
[0014] 图2是纳米银纤维高倍率的扫描电镜放大图;
[0015] 图3是Fe3+浓度为0时生成纳米银纤维的扫描电镜放大图;
[0016] 图4是Fe3+浓度为0.006mol/L时生成纳米银纤维的扫描电镜放大图;
[0017] 图5是Fe3+浓度为0.03mol/L时生成纳米银纤维的扫描电镜放大图;
[0018] 图6是反应
温度140℃时生成纳米银纤维的扫描电镜放大图;
[0019] 图7是反应温度160℃时生成纳米银纤维的扫描电镜放大图;
[0020] 图8是反应温度200℃时生成纳米银纤维的扫描电镜放大图;
[0021] 图9是反应时间为1h生成纳米银纤维的扫描电镜放大图;
[0022] 图10是反应时间为2h生成纳米银纤维的扫描电镜放大图;
[0023] 图11是反应时间为4h生成纳米银纤维的扫描电镜放大图。
具体实施方式
[0025] 本实施例1所描述的一种纳米银纤维的表面改性方法,包括如下步骤:
[0026] (1)将10ml浓度为0.15mol/L AgNO3滴加到20mL溶解浓度为0.1mol/L的抗坏血酸中;
[0027] (2)添加20mL浓度为0.015mol/L Fe2(SO4)3到上述溶液中;
[0028] (3)然后在上述混合液中加入表面活性剂聚乙烯醇并充分溶解,将得到的反应液转移至聚四氟乙烯衬的水热反应釜中,在180℃下水热反应3h,自然冷却至室温;
[0029] (4)将所得产物用乙醇充分洗涤,经过高速台式离心机进行离心分离后得到纳米银溶胶溶液,然后在电热恒温古风干燥箱中进行干燥,最后通过超声振荡器进行振荡分散后得到纳米银纤维,纳米银各个晶面均被表面活性剂的分子包覆。
[0030] 在本实施例中,所述水热反应釜的容积为100mL。
[0031] 在本实施例中,所述的表面活性剂聚乙烯醇的加入量为2.25g。
[0032] 由图1可知,纳米银纤维的长度可达几百um;由图2可知,纳米银纤维的形貌单一,纯度较高,直径大概在150nm左右,粒径分布较均匀。
[0033] 如图3所示,在Fe3+浓度为0时,反应产物主要为纳米银颗粒,有三
角形状,棒状,多面体状,球形颗粒,不能形成完整的规则形貌,没有纳米银纤维的形成,纳米银粒子的平均3+
粒径在100-300nm左右;如图4所示,在Fe 浓度为0.006mol/L时,有大量银纳米线和纳米银颗粒产生,纳米银纤维的直径约为90nm的银纳米线;如图2所示,当浓度继续升高到
0.015mol/L时,产物主要为150nm左右的规则单一纳米银纤维;如图5所示,当Fe3+浓度达到
0.03mol/L时,得到直径为200-400nm左右的纳米银纤维与银纳米矩形薄片。Fe3+浓度能够调控生成的纳米银粒子形貌主要原因是:由于Fe3+的
氧化
刻蚀作用,即银由于其本身的特性及其孪晶结构的稳定性,
铁离子通过氧化刻蚀将孪晶
种子刻蚀成单晶种子,随着铁离子浓度的增加,其氧化刻蚀作用加强从而容易形成大量的孪晶种子,孪晶种子逐渐被刻蚀成单晶种子,在PVA的作用下,沿着晶面纵向不断生长,形成纳米银纤维。直径的变化原因是:铁离子在刻蚀时出现大量的刻蚀区域,这里于表面自由能比较高,尽管由于PVA的是
吸附作用,但大量孪晶种子在纵向生长较快,晶核生长加快,因而径向尺寸增大。由此我们可以得出结
3+
论:增加Fe 的浓度可以实现纳米银纤维直径在90-300nm范围内改变。纳米银纤维的尺寸
波动范围增加,同时也会让其光电等特殊性能发生变化,从而通过Fe3+浓度的调控,来得到所需要的纳米银纤维。因此,当Fe3+的浓度为0.015mol/L有利于形成高纯度的纳米银纤维生成。
[0034] 如图6所示,在较低反应温度140℃时,还原速度较慢,生成的单晶种子数量较少,继续纵向生成纳米银纤维速度较慢。生成的产物具有银纳米颗粒,少量纳米银纤维与银纳米棒,纳米银颗粒粒径较大,而纳米银纤维直径在100nm左右,纳米棒直径在500左右;如图7所示,反应温度升高到160℃时,主要产物是大量纳米银纤维和小量颗粒,直径分布不均匀,大致在100—400nm之间,长度在20u以上;如图2所示,反应温度升高到180℃,在这个温度下,生成的单晶种子达到了饱和浓度,生成单晶种子过程同时进行沿着种子的表面纵向生长,得到直径为150nm左右且分布较均匀,长度达几百um的银纳米线;如图8所示,当反应温度200℃时为纳米银纤维和较多纳米颗粒团聚体,粒子平均粒径较大。从而可以分析得到,在较低温度下,系统提供的
能量不足以提供较多的单晶种子沿着纵向生长,因而,适当提高温度有利于提高还原反应速度,促进以合适速率使孪晶种子沿着纵向生长,但温度过高时,在反应初期就时生成大量的孪晶种子,同时孪晶种子沿着晶面纵向生长过程同时发生,反应速率过大,从而使产物形貌得不到控制而使形貌不规则,从而形成的纳米银纤维粒径分布不均匀,表明温度为180℃左右有利于形貌的控制和纳米银纤维的合成。
[0035] 如图9所示,反应时间为1h,纳米银呈微小颗粒状且不清晰,表明还未反应完全;如图10所示,反应时间为2h,主要为纳米银纤维和银纳米微小颗粒,纳米银纤维直径为70nm左右,长度为5um左右;如图2所示,反应时间为3h,形成的纳米银纤维尺寸均匀,直径为150nm左右且分布较均匀,长度达几百um的纳米银纤维;如图11所示,反应时间为4h,纳米银平均粒径约为250nm左右。由此可以推断在反应过程中,先是生成孪晶种子,随着反应时间的延长,不断还原的孪晶种子沿着晶面纵向生长,从而使其生成纳米银纤维。表明选择反应时间为3h较好。
[0036] 以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明的技术方案作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单
修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明的技术方案的范围内。