银纳米线的可控合成及其性能与应用研究

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银纳米线(AgNWs)因其在导电复合材料、纳米电子器件和表面增强拉曼光谱等众多领域有很好的应用前景而备受关注。近十年来,已有许多关于银纳米线合成研究的报道。许多技术己被成功应用于AgNWs的合成。溶液多元醇法是制备均一性好、长径比高的AgNWs的主要方法之一。对于该方法,许多研究己对直接影响到AgNWs最终形貌的实验参数进行了研究。为了满足技术发展对可控形貌和高长径比的AgNWs的要求,开发高效的AgNWs合成方法是很有必要的。本研究以改性多元醇法合成了AgNWs,对其结构进行了表征,探讨了AgNWs的形成机理,研究了其在导电薄膜和表面增强拉曼光谱中的应用。
  1)反应溶液中阳离子和阴离子的存在对由多元醇法制备的AgNWs的最终形貌有很大的影响。本文报道了一种可行的制备AgNWs的多元醇法。用CuBr2在反应溶液中形成阴离子和阳离子。阴离子(Br-)在银晶核形成初期形成AgBr,这有助于减少游离Ag+的量,而阳离子会在AgNWs择优生长期时会从AgNWs表面清除氧。乙二醇作为溶剂和还原剂,硝酸银作为银源,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为封端剂。研究了不同因素对AgNWs最终形貌的影响。在CuBr2的存在下成功合成了AgNWs。用扫描电子显微镜(SEM)和透射电子显微镜(TEM)对合成的AgNWs的表面形貌进行了表征,用高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、选区电子衍射图(SAED)和X射线衍射(XRD)对其结晶度进行了表征。用紫外,可见光谱(UV-Vis)确定了AgNWs结构的表面等离子体共振峰(LSPR)。在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底上制备了AgNWs导电薄膜,并对其导电性能进行研究。
  2)以硝酸银为银源,乙二醇为还原剂和溶剂,PVP为封端剂,在无盐环境中合成了均匀性好、形貌可控的AgNWs。研究了AgNO3浓度、反应温度等参数对AgNWs最终形貌的影响。用SEM、TEM对不同条件下获得的AgNWs的形貌和尺寸进行了表征,用HRTEM、SAED、XRD对其晶体结构进行了表征,用紫外-可见光谱法对其LSPR进行了表征。采用旋转镀膜法在PET基底上制备了导电柔性薄膜,发现AgNWs导电柔性薄膜具有较低的表面电阻。
  3)高分子量PVP和成核条件在合成AgNWs过程中起重要作用。本文报道了在无盐环境和氩气气氛下,通过引入高分子量PVP和在成核阶段用Ag作为晶核,合成了AgNWs的通用方法。研究发现高分子量PVP能有效促进AgNWs{111}面的控制生长及{100}面的选择生长。该成核步骤有利于晶核、多对孪晶纳米粒子和单晶晶核的形成,促进了AgNWs的形成。用SEM和TEM对合成的AgNWs的形状和尺寸进行了表征,用HRTEM、SAED和XRD对其晶体结构进行了表征,用紫外.可见光谱对其LSPR进行了表征。另外,以PET为基底制备了导电薄膜,测定了合成的AgNWs的导电性能。结果表明,合成的AgNWs薄膜具有良好的表面电阻。
  4)采用了一种简单常用的多元醇方法,在不使用盐,只使用高分子量的PVP作为封端剂和生长控制剂,用乙二醇作为溶剂和还原剂,硝酸银作为银源,在惰性气氛下合成AgNWs。通过对多元醇合成的AgNWs进行化学蚀刻(以氨水和30%双氧水作为刻蚀剂),成功制备出具有波纹状表面的AgNWs。将具有波纹表面的AgNWs作为表面增强材料,以罗丹明6G为探针分子,采用SERS技术,研究了具有波纹表面的AgNWs的表面增强特性。结果表明,含有波纹表面的AgNWs提升了探针分子表面增强特性,并产生强烈的SERS信号。
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