纳米铜线的合成与纳米铜线透明导电薄膜的制备与应用

摘要

纳米铜线(CuNWs)由于具有透明度高、耐曲折性好、导电性能优异等特点，引起了很多国内外研究者的广泛关注。此外，铜的价格要比银和铟低很多，其导电性却跟银非常接近，因此纳米铜线成为纳米银线(AgNWs)和氧化铟锡(ITO)制备透明导电薄膜的最有前景的替代物。在本论文中，我们采用湿化学法制备纳米铜线，并且对纳米铜线的生长机理进行了重点研究，提出了一个新颖的生长机理。此外，研究了在反应过程中各个因素对纳米铜线的形貌和成分的影响，从而得到了制备纳米铜线的最佳工艺条件，通过油胺还原法成功合成了高长径比、高分散性的纳米铜线，最后将纳米铜线己烷分散液通过旋涂法制备了透明导电薄膜。整个论文内容可以概括为以下三点：　　(1)通过湿化学法，采用油胺作为还原剂、稳定剂和溶剂，二水氯化铜(CuCl2·2H2O)为铜源，乙酰丙酮镍(Ni(acac)2)为催化剂来制备纳米铜线，观察了不同反应时间所得产物的扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)图谱，从中我们提出了一个新的纳米线的生长机理，即纳米铜线是由纳米铜颗粒自组装生长形成的。并且通过透射电子显微镜(TEM)和选区电子衍射图案(SAED)等测试手段，确定了纳米铜线为单晶结构，生长方向为[11—0]。　　(2)分别从油胺用量、Ni(acac)2用量、反应温度、Cl-四个方面研究了反应条件对产物的形貌和成分的影响，从而得出合成纳米铜线的最佳工艺为：Ni(acac)2的用量为250 mg，二水氯化铜(CuCl2·2H2O)用量为200mg，油胺用量为10 mL，反应温度为170℃。在此条件下得到了高分散性、高长径比（长15-40μm，直径约20-40 nm）的纳米铜线。此外，还证明了Cl-选择性吸附纳米铜线(200)晶面以及与Cu2+的协同作用，在纳米铜线的形成过程起着巨大的作用。　　(3)将纳米铜线己烷分散液通过旋涂法来制备透明导电薄膜，并且研究了不同退火温度对导电薄膜光电性能的影响，发现退火温度为300℃时，透明导电薄膜性能最好。此外，长径比越大的纳米铜线比长径比小的纳米铜线制备的透明导电薄膜光电性能要好。我们还得出了纳米铜线透明导电薄膜的透光度与导电性成反比的结论。最终制备出透光度为82%、方阻为42±5Ω/□的纳米铜线透明导电薄膜。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.2 纳米铜线的制备方法

1.3 纳米铜线的生长机理

1.4 透明导电薄膜的研究和应用前景

1.5 本文主要研究内容

第2章 纳米铜线的制备及生长机理分析

2.1 引言

2.2 实验内容

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第3章 制备工艺参数对纳米铜线结构和形貌的影响

3.1 实验准备

3.2 油胺的用量对纳米铜线形貌的影响

3.3 Ni(acac)2的用量对纳米铜线形貌的影响

3. 4 反应温度对纳米铜线形貌的影响

3.5 Cl-对纳米铜线形成的作用

3.6 本章小结

第4章 纳米铜线透明导电薄膜的制备与应用

4.1 引言

4.2 实验内容

4.3 实验结果与分析

4.4 本章小结

第5章 结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表文章