超高长径比银纳米线的合成及生长机理研究

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由于银纳米线(silver nanowires,简称AgNWs)在纳米器件中表现出的优异光电性能,有望替代氧化铟锡(ITO)成为新一代的透明导电电极。但现有手段制备的银纳米线,因为长度较短且通常含有较多颗粒,严重限制了其大规模应用。本文采用溶剂热法合成AgNWs,通过研究纳米线合成过程中的影响因素和生长机理,制备了高纯超高长径比的AgNWs,并将其制备成导电薄膜。主要内容如下:(1)制备了长度90μm,直径为40 nm,长径比超过2000的AgNWs,合成产率可以达到80%,并用多种表征手段对AgNWs的形貌和纯度进行了分析。探讨不同的影响因素对AgNWs的影响,包括不同配比的两种PVP、反应温度、Fe Cl3的浓度对银纳米线的影响。结果表明,PVP-1300000:PVP-K30重量比为2:1,温度为130℃,Fe Cl3含量为0.225 m M时,合成的AgNWs具有最小直径和最佳的长径比。(2)以葡萄糖和乙二醇为双还原剂,通过改变填充度、PVP的含量、葡萄糖的含量、Fe Cl3的浓度和其他盐溶液的含量,合成长度为30μm,直径为100 nm,长径比超过300的AgNWs。结果表明,当反应釜的填充度为50%,PVP为0.4 g,葡萄糖为0.3 g,Fe Cl3的浓度为7.5 m M时,合成的纳米线具有最好的形貌。同时研究表明Na Br具有最好的形核控制力。(3)在以上实验结果的基础上,探讨了AgNWs的生长机制。由于络合物(Ag+与封端剂PVP的结合)、NO3-和温度三者的协同作用,具有五边形横截面的AgNWs,受到横向生长的限制,逐渐生长为具有高长径比、少量颗粒的AgNWs。同时实验进一步研究AgNWs和AgNWs/PVB薄膜的导电性和透光率,结果表明:当AgNWs和AgNWs/PVB薄膜的涂布次数大于5次时,膜层的导电性逐渐变强;涂布5次的AgNWs膜层具有93%的最好透光率。
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