用于制備銀納米線的方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】用于制備銀納米線的方法
[0001]背景
[0002]銀納米線(AgNW，10-200的長(zhǎng)寬比)通過(guò)銀離子的一般制備是已知的。參見(jiàn)例如Y.Xia 等人的 Angew.Chem.1nt.Ed.2009，48，60 和 J.Jiu 等人 Mat.Chem.&Phys.，2009，114，333，其中每個(gè)以引用的方式整體并入本文。這些包括“多元醇”法，其中在存在聚乙烯吡咯烷酮(PVP，也稱(chēng)聚乙烯基吡咯烷酮)的情況下，在多元醇(通常為乙二醇(EG))中加熱銀鹽，從而得到AgNW在EG中的懸浮液，線可根據(jù)需要從懸浮液中分離和/或提純出。
[0003]從銀鹽制備銀納米線的方法是已知的，其中在多于一個(gè)步驟中，將鹽添加至反應(yīng)混合物。參見(jiàn)例如美國(guó)專(zhuān)利8，052，773、美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公布2011/0174190、中國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公布1740405A以及中國(guó)專(zhuān)利100342064C。
[0004]美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)公布2012/0063948A公開(kāi)了在存在氯化銨的情況下硝酸銀的還原。
[0005]概述
[0006]一些實(shí)施方案提供用于制備銀納米線的方法，所述方法包括至少兩個(gè)階段。
[0007]至少第一階段提供包含1，2_丙二醇、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和氯化銨的第一組合物。PVP具有大于約15，000克/摩爾、或在約40，000克/摩爾與約60，000克/摩爾之間、或約50，000克/摩爾的重均分子量。所述第一組合物優(yōu)選地在小于約140°C、或在約80°C與約120°C之間、或約90°C的溫度下提供。
[0008]在至少一個(gè)第二階段中，在經(jīng)過(guò)至少約16小時(shí)、或在約20小時(shí)與約28小時(shí)之間、或約24小時(shí)的時(shí)間段之后，將包含1，2_丙二醇和硝酸銀的第二組合物添加至第一組合物，在所述時(shí)間段期間，將所述硝酸銀中的至少一些還原成銀納米結(jié)構(gòu)，例如像銀納米線。
[0009]這些和其它實(shí)施方案可從所附描述、示例性實(shí)施方案、實(shí)施例以及權(quán)利要求書(shū)中進(jìn)行理解。
[0010]描述
[0011]在本文獻(xiàn)中提及的所有出版物、專(zhuān)利和專(zhuān)利文件以引用的方式整體并入本文，正如以引用的方式來(lái)單獨(dú)地并入一般。
[0012]2012年11月8日提交的標(biāo)題為“納米線制備方法、組合物和制品(NANOWIREPREPARAT1N METHODS, COMPOSIT1NS, AND ARTICLES) ” 的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?61/723，942 以引用的方式整體并入本文。
[0013]引言
[0014]銀納米線(AgNW)是獨(dú)特且有用的線狀形式的金屬，其中兩個(gè)短尺寸(厚度尺寸)小于300nm，而第三個(gè)尺寸(長(zhǎng)度尺寸)大于I微米、優(yōu)選大于約10微米，且長(zhǎng)寬比(長(zhǎng)度尺寸與兩個(gè)厚度尺寸中的較大一個(gè)的比率)大于5。在其它可能用途中，銀納米線被檢測(cè)為電子設(shè)備中的導(dǎo)體、或光學(xué)設(shè)備中的元件。
[0015]已展現(xiàn)了用于AgNW的制備的許多工序。參見(jiàn)例如Y.Xia等人的(Angew.Chem.1nt.Ed.2009，48，60)，所述文獻(xiàn)以引用的方式整體并入本文。這些包括“多元醇”法，其中在存在聚乙烯吡咯烷酮(PVP，也稱(chēng)聚乙烯基吡咯烷酮)的情況下，在多元醇(通常為乙二醇(EG))中加熱銀鹽，從而得到AgNW在EG中的懸浮液，線可根據(jù)需要從懸浮液中分離和/或提純出。
[0016]可還原金屬離子和金屬產(chǎn)物
[0017]一些實(shí)施方案提供包括將至少一種可還原金屬離子還原成至少一種金屬的方法。可還原金屬離子是能夠在一系列反應(yīng)條件下還原成金屬的陽(yáng)離子。在此類(lèi)方法中，至少一種第一可還原金屬離子可例如包含至少一種貨幣金屬離子。貨幣金屬離子是包括銅、銀和金的貨幣金屬中一種的離子?；蛘?，這種可還原金屬離子可例如包含IUPAC第11族的元素的至少一種離子。一種示例性可還原金屬離子即為銀陽(yáng)離子。在一些情況下，可將此類(lèi)可還原金屬離子作為鹽提供。例如，在一些情況下，銀陽(yáng)離子可作為硝酸銀提供。
[0018]在此類(lèi)實(shí)施方案中，至少一種金屬就是至少一種可還原的金屬離子所能夠被還原成的那種金屬。例如，銀將會(huì)是銀陽(yáng)離子將能夠被還原成的那種金屬。
[0019]制備方法和材料
[0020]一種制備納米結(jié)構(gòu)例如像納米線的常用方法是“多元醇”法。這種方法在例如Angew.Chem.1nt.Ed.2009，48，60，Y.Xia，Y.X1ng, B.Lim，S.E.Skrabalak 中進(jìn)行描述，所述文獻(xiàn)以引用的方式整體并入本文。這種方法通常將金屬陽(yáng)離子例如像銀陽(yáng)離子還原成期望金屬納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)物，例如像銀納米線。申請(qǐng)人已觀察到:如果這種金屬陽(yáng)離子還原在至少兩個(gè)階段進(jìn)行，那么可重現(xiàn)性可改進(jìn)并且可變化性可降低。
[0021]一個(gè)或多個(gè)第一階段提供包含1，2_丙二醇、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和氯化銨的第一組合物。PVP具有大于約15，000克/摩爾、或在約40，000克/摩爾與約60，000克/摩爾之間、或約50，000克/摩爾的重均分子量。所述第一組合物優(yōu)選地在小于約140°C、或在約80°C與約120°C之間、或約90°C的溫度下提供。
[0022]在一些實(shí)施方案中，在加熱前，第一組合物的組分彼此接觸。在一些實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)第一階段可在一系列子階段提供第一組合物，其中每個(gè)階段提供所述組合物的組分中的一些。所述組分中的一些可在多于一個(gè)的子階段提供。
[0023]在至少一些實(shí)施方案中，第一組合物還可包含硝酸銀。例如，可先提供第一組合物的包含硝酸銀的第一部分，接著提供第一組合物的包含氯化銨的第二部分。
[0024]在一個(gè)或多個(gè)第二階段中，在經(jīng)過(guò)至少約16小時(shí)、或在約20小時(shí)與約28小時(shí)之間、或約24小時(shí)的時(shí)間段之后，將包含1，2_丙二醇和硝酸銀的第二組合物添加至第一組合物，在所述時(shí)間段期間，將硝酸銀中的至少一些還原成銀納米結(jié)構(gòu)，例如像銀納米線。
[0025]納米結(jié)構(gòu)和納米線
[0026]在一些實(shí)施方案中，通過(guò)此類(lèi)方法形成的金屬產(chǎn)物是納米結(jié)構(gòu)，例如像一維納米結(jié)構(gòu)。納米結(jié)構(gòu)是具有小于300nm的至少一個(gè)“納米級(jí)”尺寸和遠(yuǎn)大于納米級(jí)尺寸(例如像至少約10倍或至少約100倍或至少約200倍或至少約1000倍大)的至少一個(gè)其它尺寸的結(jié)構(gòu)。此類(lèi)納米結(jié)構(gòu)的實(shí)例是納米棒、納米線、納米管、納米棱錐、納米棱柱、納米板等?！耙痪S”納米結(jié)構(gòu)具有遠(yuǎn)大于另兩個(gè)尺寸(例如像至少約10倍或至少約100倍或至少約200倍或至少約1000倍大)的一個(gè)尺寸。
[0027]在一些情況下，此類(lèi)一維納米結(jié)構(gòu)可包括納米線。納米線是一維納米結(jié)構(gòu)，其中兩個(gè)短尺寸(厚度尺寸)小于300nm、優(yōu)選小于lOOnm，而第三個(gè)尺寸(長(zhǎng)度尺寸)大于I微米、優(yōu)選大于10微米，且長(zhǎng)寬比(長(zhǎng)度尺寸與兩個(gè)厚度尺寸中較大的那個(gè)的比率)大于5。在其它可能用途中，納米線被用作電子設(shè)備中的導(dǎo)體、或用作光學(xué)設(shè)備中的元件。在一些此類(lèi)應(yīng)用中，銀納米線是優(yōu)選的。
[0028]此類(lèi)方法可使用來(lái)制備除了納米線之外的納米結(jié)構(gòu)，例如像納米立方體、納米棒、納米棱錐、納米管等。納米線和其它納米結(jié)構(gòu)產(chǎn)物可并入制品中，所述制品例如像電子顯示器、觸摸屏、便攜電話、蜂窩電話、計(jì)算機(jī)顯示器、膝上型計(jì)算機(jī)、平板計(jì)算機(jī)、購(gòu)買(mǎi)點(diǎn)信息亭、音樂(lè)播放器、電視機(jī)、電子游戲機(jī)、電子書(shū)閱讀器、透明電極、太陽(yáng)能電池、發(fā)光二極管、其它電子設(shè)備、醫(yī)學(xué)成像設(shè)備、醫(yī)學(xué)成像媒體等。
[0029]示例性實(shí)施方案
[0030]2012年11月8日提交的標(biāo)題為“納米線制備方法、組合物以及制品(NANOWIREPREPARAT1N METHODS, COMPOSIT1NS, AND ARTICLES) ” 的美國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?61/723，942 以引用的方式整體并入本文，所述申請(qǐng)已公開(kāi)了以下12個(gè)非限制性的示例性實(shí)施方案:
[0031]A.—種方法，其包括:
[0032]提供包含1，2_丙二醇、聚乙烯吡咯烷酮和氯化銨的至少一種第一組合物；
[0033]將至少一種第二組合物添加至所述至少一種第一組合物，所述添加在至少約16小時(shí)的時(shí)間內(nèi)發(fā)生，并且所述至少一種第二組合物包含1，2_丙二醇和硝酸銀；以及
[0034]使得所述硝酸銀的至少一部分還原成銀納米線。
[0035]B.根據(jù)實(shí)施方案A所述的方法，其還包括將所述至少一種第一組合物加熱至小于約140 °C的溫度。
[0036]C.根據(jù)實(shí)施方案A所述的方法，其還包括將所述至少一種第一組合物加熱至約80°C與約120 °C之間的溫度。
[0037]D.根據(jù)實(shí)施方案A所述的方法，其還包括將所述至少一種第一組合物加熱至約90 °C的溫度。
[0038]E.根據(jù)實(shí)施方案A所述的方法，其中至少一種第