纳米银的可控制备及导电墨水的应用研究

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纳米银因其优异的电学性能、化学稳定性能、热学性能、抗菌性能等,而被广泛应用于电子、抗菌、表面拉曼增强等领域。通过调节其形貌、尺寸等参数可以有效增强其特定方面的应用性能。然而目前对纳米银的合成与调控仍然存在许多挑战,特别是关于高长径比纳米银线和小直径纳米银颗粒的批量制备。为了解决这些问题,论文深入探究了纳米银线与纳米银颗粒的生长机制与调控机理,获得了一种方法简单、重现性好、可规模制备小尺寸纳米银颗粒的合成方法,和一种高长径比、高度均匀、尺寸可调的纳米银线制备方法;并研究了纳米银颗粒墨水的喷墨印刷和烧结性能,以及纳米银线在透明导电膜领域的应用。本文主要研究结果如下:(1)采用液相还原法,以聚丙烯酸和柠檬酸钠为双重保护剂,合成了纳米银颗粒。深入的探究了反应温度、保温时间、填料方法、搅拌速度和超声作用对银颗粒形貌和尺寸的影响。通过对这些因素的调控,可以批量获得直径约10 nm的均匀纳米银颗粒。(2)采用多元醇方法,以Cl-,Br-和Fe3+为控制剂合成了纳米银线,并深入研究了这些控制剂的单独/协同作用。研究表明:Cl-和Br-均能促进小直径纳米银线的形成,且Br-的调控作用要强于Cl-;Fe3+除了能够提高纳米银线的均匀性以外,也有利于得到高长径比的纳米银线。通过对控制剂种类及浓度的调控,可获得直径小于30 nm、长度超过90μm的高度均匀纳米银线。(3)基于所得的纳米银颗粒配置银导电墨水,探索了分散剂、稳定剂等有机溶剂对墨水稳定性及喷印适性的影响规律,获得了线宽小于20μm的喷印线条。优化了墨水前处理方法以及烧结工艺,在HCl电解质的作用下经150°C烧结1 h,银层致密且均匀,方阻低至4μΩ·cm。(4)基于所合成的纳米银线制备了透明导电膜,比较了银线长径比对其性能的影响。在未经任何后处理的情况下,纳米银线基透明导电膜方阻低至4.7Ω·sq-,雾度低至1.08%,光透射率高达95.2%(在550 nm时)。此外,透明导电膜具有良好的柔韧性,经过2500次反复弯曲后电性能几乎保持不变。
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