JP5219287B2 - Continuous production method of silver nanowires - Google Patents
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Description
本発明は、銀ナノワイヤーの連続的製造方法に関し、特に、本発明は、高品質の銀ナノワイヤーの大量生産方法に関する。 The present invention relates to a continuous production method of silver nanowires, and in particular, the present invention relates to a mass production method of high-quality silver nanowires.
ナノワイヤー、ナノチューブ、ナノロッド又はナノファイバーのような一次元ナノ構造は、一次元マクロ材料とは異なる特性を有している。最近、多くの業種及びグループが、一次元ナノ構造の応用を継続的に研究し、いくつかの重要な成果を得ている。この応用には、超薄型フルカラーLEDパネル、写真複製装置、電界放出、電力消費ナノワイヤーLED、並びにNH3又はH2の検出のためのセンサーが含まれる。 One-dimensional nanostructures such as nanowires, nanotubes, nanorods or nanofibers have different properties than one-dimensional macromaterials. Recently, many industries and groups have continually studied the application of one-dimensional nanostructures and have achieved some important results. This application includes ultra-thin full color LED panels, photoreplicators, field emission, power consuming nanowire LEDs, and sensors for the detection of NH 3 or H 2 .
金、スズ、銀又は白金のような一次元金属ナノ構造は、引き込み線の材料に適用するための良好な電気的特性を有している。表面効果、量子効果及びトンネル効果のようなミクロ効果がナノスケールにおいて明らかになり、一次元金属ナノ構造は、このミクロ効果を利用した種々の電気的ナノデバイスに適している。更に、一次元金属ナノ構造は、電極、低温導体ペースト、超伝導厚膜回路、並びにマイクロ波及び電磁気波の吸収のための材料として適している。銀は最適な導電体であり、そのため、銀ナノワイヤーの応用は重要な問題と考えられる。 One-dimensional metal nanostructures such as gold, tin, silver or platinum have good electrical properties for application to lead wire materials. Micro-effects such as surface effects, quantum effects, and tunneling effects become apparent at the nanoscale, and one-dimensional metal nanostructures are suitable for various electrical nanodevices utilizing this micro-effect. Furthermore, one-dimensional metal nanostructures are suitable as materials for electrodes, low temperature conductor pastes, superconducting thick film circuits, and microwave and electromagnetic wave absorption. Silver is an optimal conductor, so the application of silver nanowires is considered an important issue.
しかし、高伝導効果を有する一次元金属ナノ材料でなく、ナノチューブのみが、ビジネスの場において商品化されている。一次元金属ナノワイヤーを製造するためのいくつかの方法が存在するが、これらの方法は商品化のためのある種の不都合を有している。先行技術における、一次元金属ナノワイヤーの製造方法の不利な点を下記に記載する。 However, only nanotubes, not one-dimensional metallic nanomaterials having a high conductivity effect, have been commercialized in the business field. There are several methods for producing one-dimensional metal nanowires, but these methods have certain disadvantages for commercialization. The disadvantages of the prior art method for producing a one-dimensional metal nanowire are described below.
先行技術においては、一次元金属ナノワイヤーの製造方法には、陽極酸化アルミニウム(AAO)法、電子ビーム回転法、触媒成長法、化学熱分解法及びコア−シェル成長法が含まれる。AAO法により製造されたナノワイヤーは小さい直径及び良好な均一性を有するが、AAO法の工程は複雑であり、大量生産には適していない。この理由のため、AAO法は商業化には不都合である。電子ビーム回転法及び触媒成長法は、金属ナノワイヤーの成長点を制御することができるが、同様に、電子ビーム回転法及び触媒成長法の工程は複雑であり、必要な装置の費用が高い。この理由のため、電子ビーム回転法及び触媒成長法は商業化には不都合である。化学熱分解法は一般的な装置及び工程を必要とし、そのため、商業化には簡単であるが、化学熱分解法により製造された金属ナノワイヤーは大きい直径を有し、かつ同時に微量のナノ粒子が増える。言い換えると、化学熱分解法の収率は、他の方法の収率よりも低い。コア−シェル成長法は、カーボンナノチューブをコアとして処理し、カーボンナノチューブ上の膜をコーティングし、多機能複合材料を形成するが、この多機能複合材料の直径は大きく、その均一性を制御することは容易でなく、それ故、工程は複雑であり、費用は非常に高い。 In the prior art, methods for producing one-dimensional metal nanowires include an anodized aluminum (AAO) method, an electron beam rotation method, a catalyst growth method, a chemical pyrolysis method, and a core-shell growth method. Nanowires manufactured by the AAO method have a small diameter and good uniformity, but the process of the AAO method is complex and not suitable for mass production. For this reason, the AAO method is inconvenient for commercialization. Although the electron beam rotation method and the catalyst growth method can control the growth point of the metal nanowire, similarly, the processes of the electron beam rotation method and the catalyst growth method are complicated, and the cost of the necessary apparatus is high. For this reason, electron beam rotation and catalyst growth are inconvenient for commercialization. Chemical pyrolysis requires general equipment and processes and is therefore easy to commercialize, but metal nanowires produced by chemical pyrolysis have a large diameter and at the same time trace amounts of nanoparticles. Will increase. In other words, the yield of chemical pyrolysis is lower than that of other processes. In the core-shell growth method, carbon nanotubes are treated as a core, and a film on the carbon nanotubes is coated to form a multi-functional composite material. The multi-functional composite material has a large diameter and its uniformity is controlled. Is not easy and therefore the process is complicated and the cost is very high.
前述したように、化学熱分解法は、他の方法よりも、銀ナノワイヤーの大量生産に適しているが、この方法の問題は、凝縮効果による大きな粒子の成長であり、高温反応はバッチ製造に適しているので、容量は依然として十分でない。 As mentioned above, the chemical pyrolysis method is more suitable for mass production of silver nanowires than other methods, but the problem with this method is the growth of large particles due to the condensation effect, and the high temperature reaction is a batch production Capacity is still not sufficient.
本発明の範囲は、前記問題を解決するための高品質の銀ナノワイヤーの大量生産方法を提供することである。 The scope of the present invention is to provide a mass production method of high-quality silver nanowires for solving the above problems.
一実施態様によれば、本発明の方法は、銀ナノワイヤーを製造するために用いることができ、この方法の工程を以下に記述する。最初に、グリコール溶液を反応タンク内及び熟成タンク内に供給し、グリコール溶液を反応タンク及び熟成タンク内で予備加熱する。次いで、銀−塩溶液及び保護剤を連続的供給により反応タンク中に供給し、混合し、混合溶液を、反応タンク中で適切な温度範囲で反応物と処理する。最初の滞留時間の後、反応タンク内で固体を混合溶液から分離し、混合溶液を熟成タンク内に供給し、熟成処理工程に供することができる。熟成タンク内での第二の滞留時間、滞留した後、混合溶液を取り出し、精製し、銀ナノワイヤーを得ることができる。
According to one embodiment, the method of the present invention can be used to produce silver nanowires and the steps of this method are described below. First, the glycol solution is supplied into the reaction tank and the aging tank, and the glycol solution is preheated in the reaction tank and the aging tank. The silver-salt solution and the protective agent are then fed into the reaction tank by continuous feeding, mixed, and the mixed solution is treated with the reactants in an appropriate temperature range in the reaction tank. After the initial residence time, the solid can be separated from the mixed solution in the reaction tank, and the mixed solution can be fed into the aging tank and subjected to the aging treatment step. After staying for the second residence time in the aging tank, the mixed solution can be taken out and purified to obtain silver nanowires.
この実施態様においては、硝酸銀をグリコール溶液に溶解することにより銀−塩溶液を形成し、ポリビニルピロリドン(PVP)をグリコール溶液に溶解することにより保護剤溶液を形成する。 In this embodiment, a silver-salt solution is formed by dissolving silver nitrate in a glycol solution, and a protective agent solution is formed by dissolving polyvinylpyrrolidone (PVP) in the glycol solution.
更に、銀ナノワイヤーを得るための混合溶液を精製するための方法は、更に下記工程を含んでもよい。アセトンを混合溶液と混合し、沈殿物を得るためのグリコールを十分に除去する。沈殿物を熱水に溶解して溶液を形成し、この溶液をイオン交換に供する。この溶液を、繰り返して加熱及び撹拌状態で、数回の固−液分離に供し、高品質の銀ナノワイヤーを有する溶液を得ることができる。また、銀ナノワイヤーを有する溶液中の水は、噴霧乾燥により除去し、銀ナノワイヤーの粉末を得ることができる。 Furthermore, the method for purifying the mixed solution for obtaining silver nanowires may further include the following steps. Acetone is mixed with the mixed solution to sufficiently remove glycol for obtaining a precipitate. The precipitate is dissolved in hot water to form a solution, which is subjected to ion exchange. This solution can be repeatedly subjected to solid-liquid separation several times under heating and stirring conditions to obtain a solution having high quality silver nanowires. Moreover, the water in the solution which has silver nanowire can be removed by spray drying, and the powder of silver nanowire can be obtained.
本発明の利点及び精神は、添付した図面と一緒の以下の詳述によって理解され得る。 The advantages and spirit of the invention may be understood by the following detailed description in conjunction with the accompanying drawings.
図1を参照してください。図1は、本発明の実施態様による銀ナノワイヤーの連続的製造方法を説明するフローチャートである。図1に示すように、実施態様における方法は下記工程を含む:工程S10において、第一の溶液を反応タンク及び熟成タンク内に供給し、第一の溶液を第一の温度範囲に加熱し;工程S12において、銀−塩溶液及び保護剤溶液を反応タンク内に供給し、前記銀−塩溶液及び保護剤溶液を、第二の温度範囲内でお互いに混合し、第一の滞留時間、滞留させ、第二の溶液を形成し;工程S14において、第二の溶液を熟成タンク内に供給し、第二の溶液を熟成タンク内で第二の滞留時間、滞留させ、第三の溶液を形成し;工程S16において、第三の溶液を精製し、銀ナノワイヤーを得る。
Refer to Figure 1. FIG. 1 is a flowchart illustrating a method for continuously producing silver nanowires according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the method in the embodiment includes the following steps: In step S10, the first solution is fed into the reaction tank and the aging tank, and the first solution is heated to a first temperature range; In step S12, the silver-salt solution and the protective agent solution are supplied into the reaction tank, the silver-salt solution and the protective agent solution are mixed with each other within the second temperature range, and the first residence time, residence time Forming a second solution; in step S14, the second solution is fed into the aging tank and the second solution is allowed to stay in the aging tank for a second residence time to form a third solution; In step S16, the third solution is purified to obtain silver nanowires.
この実施態様においては、第一の溶液はグリコール溶液であってもよいが、実際には、グリコール溶液に限定されない。また、この実施態様においては、銀−塩溶液は、硝酸銀をグリコール溶液に溶解することにより形成することができる。しかし、水溶性銀塩を他の溶媒に溶解することにより形成することができ、実際には、硝酸銀及びグリコールに限定されない。例えば、銀−塩溶液は、酢酸銀又は硝酸銀を有機溶媒に溶解することによって形成することができる。同様に、保護剤溶液は、ポリビニルピロリドンをグリコール溶液に溶解することにより形成することができるが、これに限定されない。 In this embodiment, the first solution may be a glycol solution, but in practice is not limited to a glycol solution. In this embodiment, the silver-salt solution can be formed by dissolving silver nitrate in a glycol solution. However, it can be formed by dissolving a water-soluble silver salt in another solvent, and is not actually limited to silver nitrate and glycol. For example, a silver-salt solution can be formed by dissolving silver acetate or silver nitrate in an organic solvent. Similarly, the protective agent solution can be formed by dissolving polyvinyl pyrrolidone in a glycol solution, but is not limited thereto.
工程S12においては、銀−塩溶液及び保護剤溶液を、ある比率に従って反応タンクに供給することができ、比は等しくてよい。銀−塩溶液は、反応タンク内で保護剤溶液と接触を開始するので、銀ナノ粒子の生成又は他の予測しない効果をもたらし得る、初期接触及び所定でない条件における反応を防止し得ることに注意すべきである。 In step S12, the silver-salt solution and the protective agent solution can be supplied to the reaction tank according to a certain ratio, and the ratio may be equal. Note that the silver-salt solution initiates contact with the protective agent solution in the reaction tank, thus preventing initial contact and reaction at unspecified conditions that may result in the formation of silver nanoparticles or other unexpected effects. Should.
銀−塩溶液及び保護剤溶液は、連続的供給により反応タンク内に供給することができる。従って、反応は連続的に進行し、銀ナノワイヤーを大量生産することができる。例えば、反応タンクは、等しい比率で、銀−塩溶液及び保護剤溶液を連続的に供給するための2個の異なる入口を有していてもよい。連続的な供給工程は混合溶液の温度を低下させ、従って、工程S10においては、反応温度において銀−塩溶液と保護剤溶液との反応が進行するのを確実にするための予備加熱が必要である。予備加熱をしないと、銀−塩溶液及び保護剤溶液の供給後に低温で反応が進行し、多くのナノ粒子の生成をもたらす。 The silver-salt solution and the protective agent solution can be supplied into the reaction tank by continuous supply. Therefore, the reaction proceeds continuously, and silver nanowires can be mass-produced. For example, the reaction tank may have two different inlets for continuously feeding the silver-salt solution and the protectant solution in equal proportions. The continuous feeding step lowers the temperature of the mixed solution, and therefore, in step S10, preheating is required to ensure that the reaction between the silver-salt solution and the protective agent solution proceeds at the reaction temperature. is there. Without preheating, the reaction proceeds at a low temperature after supply of the silver-salt solution and the protective agent solution, resulting in the production of many nanoparticles.
本発明においては、ポリビニルピロリドンをグリコール溶液に溶解することにより保護剤溶液が形成される。ポリビニルピロリドンは、グリコールに溶解することのできる、水溶性の高分子化合物である。ポリビニルピロリドンの分子は、銀ナノ粒子が、銀−塩溶液及び保護剤溶液の混合溶液から分離される場合に、銀粒子の成長を制限してナノスケールに適合させるためのバリアーを供給し得る。一方、ポリビニルピロリドンの長鎖上の酸素官能基は、反応タンク内で銀ナノ粒子を一次元方向に沿って集合させ安定に成長させることができ、しかして熟成タンク内の熟成処理工程の間に一次元銀ナノワイヤーが形成される。
In the present invention, a protective agent solution is formed by dissolving polyvinylpyrrolidone in a glycol solution. Polyvinylpyrrolidone is a water-soluble polymer compound that can be dissolved in glycol. The molecules of polyvinylpyrrolidone can provide a barrier to limit the growth of silver particles and adapt them to the nanoscale when the silver nanoparticles are separated from the mixed solution of silver-salt solution and protective agent solution. On the other hand, oxygen functional groups on the long chains of polyvinyl pyrrolidone, silver nanoparticles can be grown stably is set along a one-dimensional direction within the reaction tank, Thus during the aging process of the aging tank One-dimensional silver nanowires are formed.
銀−塩溶液及び保護剤溶液を十分に混合するために、ホモジナイザー、磁気ミキサー又はモーターミキサーを、反応タンク内に配置し、混合を補助してもよい。モーターミキサーを用いる場合、予備加熱のための第一の溶液(この実施態様におけるグリコール溶液)は、モーターの羽根が撹拌することができる量で反応タンク内に供給すべきことに注意すべきである。 In order to thoroughly mix the silver-salt solution and the protectant solution, a homogenizer, magnetic mixer or motor mixer may be placed in the reaction tank to assist in mixing. When using a motor mixer, it should be noted that the first solution for preheating (the glycol solution in this embodiment) should be fed into the reaction tank in an amount that can be agitated by the motor blades. .
この実施態様においては、銀−塩溶液の銀塩の濃度は0.5重量%を超えてもよい。また、保護剤溶液のポリビニルピロリドンの分子量は5000〜360000であってもよい。銀−塩溶液及び保護剤溶液を反応タンク内に供給する場合、硝酸銀に対するポリビニルピロリドンの重量比は0.5〜6であってもよい。更に、反応タンク内で保持される第二の温度範囲は140°C〜180°Cであってもよく、予備加熱のための第一の温度範囲は170°C〜180°Cであってもよい。反応タンク及び熟成タンク内、並びに予備加熱の温度範囲はマイクロ波加熱により供給され得るが、これに限定されないことに注意すべきである。
In this embodiment, the concentration of silver salt in the silver-salt solution may exceed 0.5% by weight. Further, the molecular weight of the polyvinylpyrrolidone in the protective agent solution may be 5000 to 360,000. When supplying the silver-salt solution and the protective agent solution into the reaction tank, the weight ratio of polyvinylpyrrolidone to silver nitrate may be 0.5-6. Furthermore, the second temperature range maintained in the reaction tank may be 140 ° C to 180 ° C, and the first temperature range for preheating may be 170 ° C to 180 ° C. Good. It should be noted that the temperature range of the reaction and aging tanks and the preheating can be supplied by microwave heating, but is not limited thereto.
反応温度は混合溶液からの銀ナノワイヤーの分離速度に影響を及ぼすので、反応タンク内に第二溶液が滞留する滞留時間は10分〜30分の範囲であってもよいが、これに限定されない。第二の溶液が熟成タンク内に滞留する第二の滞留時間は30分であってもよいが、これに限定されない。実際に、反応に適した温度条件及び濃度条件下では、第一の滞留時間は、10分〜45分の範囲として合理的に設定し得る。また、銀−塩溶液及び保護剤溶液を30分間供給した後に安定な状態に達し、連続的供給のため、銀ナノ粒子に変換する銀イオンの収率は反応タンク内でおおよそ安定値であり、実際には、安定値はおおよそ90%である。混合溶液を熟成タンク内に30分間供給した後、収率は約100%に上昇し得る。従って、熟成タンク内における滞留時間は30分として合理的に設定し得る。
Since the reaction temperature affects the separation rate of silver nanowires from the mixed solution, the residence time in which the second solution stays in the reaction tank may be in the range of 10 to 30 minutes, but is not limited thereto. . The second residence time during which the second solution stays in the aging tank may be 30 minutes, but is not limited thereto. In fact, under temperature and concentration conditions suitable for the reaction, the first residence time can be reasonably set as a range of 10 minutes to 45 minutes. Also, after supplying the silver-salt solution and the protective agent solution for 30 minutes, a stable state is reached, and for continuous supply, the yield of silver ions to be converted into silver nanoparticles is approximately a stable value in the reaction tank, In practice, the stable value is approximately 90%. After feeding the mixed solution into the aging tank for 30 minutes, the yield can rise to about 100%. Therefore, the residence time in the aging tank can be set reasonably as 30 minutes.
図2を参照してください。図2は、本発明の他の実施態様による銀ナノワイヤーを得るための混合溶液の精製を説明するフローチャートである。図2に示すように、この実施態様においては、前の実施態様における工程S16が、更に下記工程を含む:工程S160において、過剰のアセトンを第三の溶液に供給し、第三の溶液をグリコールと混合し、透明な液状部分及び沈殿部分を形成し;工程S162において、透明な液状部分を除去し、沈殿部分を熱水に溶解し、第四の溶液を形成し;工程S164において、第四の溶液をイオン交換処理により処理し、第五の溶液を形成し;工程S166において、第五の溶液を、複数回繰り返して加熱、撹拌及び固液分離して第六の溶液を形成し;工程S168において、第六の溶液を噴霧乾燥して第六の溶液の水を除去し、銀ナノワイヤーの粉末を得る。 Refer to Figure 2. FIG. 2 is a flowchart illustrating purification of a mixed solution for obtaining silver nanowires according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, in this embodiment, step S16 in the previous embodiment further includes the following steps: In step S160, excess acetone is supplied to the third solution and the third solution is glycol. In step S162, the transparent liquid part is removed and the precipitated part is dissolved in hot water to form a fourth solution; in step S164, the fourth part is formed. In step S166, the fifth solution is repeatedly heated, stirred, and solid-liquid separated to form a sixth solution; step S166 is used to form a sixth solution; In S168, the sixth solution is spray-dried to remove the water of the sixth solution to obtain silver nanowire powder.
ポリビニルピロリドンは、アセトンでなく、グリコールと混合することができ、それ故、この実施態様においては、工程S160において供給されたアセトンを第三の溶液のグリコールと十分に混合し、銀ナノワイヤーを製造し、銀ナノワイヤーを詰め込んだポリビニルピロリドンを沈殿させ、次いで、第三の溶液が透明な液状部分及び沈殿部分を形成し、ここで、透明な液状部分はグリコールをアセトンに溶解することにより形成される。しばらく沈殿させた後、工程S162において透明な液状部分を除去する。熱水は沈殿部分のポリビニルポリピロリドンを溶解することができ、更に、熱水は、沈殿部分中の残余のアセトンを蒸発させるのを補助することができる。 Polyvinyl pyrrolidone can be mixed with glycol instead of acetone, so in this embodiment, the acetone supplied in step S160 is thoroughly mixed with the glycol of the third solution to produce silver nanowires. And then precipitating polyvinylpyrrolidone packed with silver nanowires, and then the third solution forms a clear liquid part and a precipitate part, where the clear liquid part is formed by dissolving the glycol in acetone. The After settling for a while, a transparent liquid part is removed in step S162. Hot water can dissolve the polyvinylpolypyrrolidone in the precipitated portion, and the hot water can assist in evaporating the remaining acetone in the precipitated portion.
この実施態様においては、第四の溶液がイオン交換処理により処理され(工程S164において記載されたように)、中性の第五の溶液を生成するために陽イオン及び陰イオンを除去することができる。工程S164におけるイオン交換処理の前に、第五の溶液を冷却してもよいことに注意すべきである。工程S164において得られた第五の溶液を十分に混合し、高品質の銀ナノワイヤーはポリビニルピロリドンによって被覆される。 In this embodiment, the fourth solution is treated by an ion exchange process (as described in step S164) to remove cations and anions to produce a neutral fifth solution. it can. It should be noted that the fifth solution may be cooled before the ion exchange process in step S164. The fifth solution obtained in step S164 is thoroughly mixed, and the high-quality silver nanowires are coated with polyvinylpyrrolidone.
実際に、銀ナノワイヤーを覆ったポリビニルピリドンは、銀ナノワイヤーを直接用いることができるように、除去することができる。第五の溶液は、水に対するポリビニルピリドンの溶解度を上昇するために、繰り返し加熱及び撹拌してもよく、第五の溶液を工程S166に記載したように、数回固液体分離してもよい。第五のナノワイヤー中の銀ナノワイヤーを被覆したポリビニルピロリドンは、前記工程において除去され、第六の溶液を形成する。従って、第六の溶液は、被覆のない銀ナノワイヤーを有する。最終的に、高品質の銀ナノワイヤーの粉末は、工程S168において第六の溶液の水分を除去することにより得ることができる。 Indeed, the polyvinylpyridone covering the silver nanowires can be removed so that the silver nanowires can be used directly. The fifth solution may be repeatedly heated and stirred to increase the solubility of polyvinylpyridone in water, and the fifth solution may be solid-liquid separated several times as described in step S166. The polyvinyl pyrrolidone coated with the silver nanowires in the fifth nanowire is removed in the above step to form a sixth solution. Accordingly, the sixth solution has uncoated silver nanowires. Finally, high-quality silver nanowire powder can be obtained by removing the water in the sixth solution in step S168.
更に、本発明の銀ナノワイヤーの連続的製造方法においては、保護剤溶液の高分子化合物の分子量、硝酸銀に対する高分子化合物の重量比、反応温度、及び銀−塩溶液及び保護剤溶液の供給濃度は、得られる銀ナノワイヤーの生産量及び品質に影響を及ぼす。 Further, in the continuous method for producing silver nanowires of the present invention, the molecular weight of the polymer compound in the protective agent solution, the weight ratio of the polymer compound to silver nitrate, the reaction temperature, and the supply concentration of the silver-salt solution and the protective agent solution Affects the yield and quality of the resulting silver nanowires.
表1を参照してください。表1は、下記実施態様において種々の分子量を有するポリビニルピロリドンにより影響される銀ナノワイヤーの外観を示す。表1中の実施態様1は、20gの硝酸銀を1200gのグリコール溶液に溶解することにより形成された銀−塩溶液(銀濃度は1.66重量%)及び80gのポリビニルピロリドンを1200gのグリコール溶液に溶解することにより形成された保護剤溶液を用いて供給されることに注意すべきである。反応タンク及び熟成タンクは、それぞれ100gのグリコール溶液で供給される。グリコール溶液は170°Cに予備加熱され、反応の間、反応タンク及び熟成タンクは150°Cに維持される。また、混合溶液は反応タンク内に30分間滞留し、熟成タンク内に30分間滞留する。最後に、混合溶液を熟成タンクから取り出し、次いで、精製し、銀ナノワイヤーを得る。表1の実施態様2及び3は、ポリビニルピロリドンの分離量を除き、表1の実施態様1のものと同じである。
Refer to Table 1. Table 1 shows the appearance of silver nanowires affected by polyvinylpyrrolidone having various molecular weights in the following embodiments. Embodiment 1 in Table 1 shows that a silver-salt solution (silver concentration is 1.66 wt%) formed by dissolving 20 g of silver nitrate in 1200 g of glycol solution and 80 g of polyvinylpyrrolidone in 1200 g of glycol solution. It should be noted that the protective agent solution formed by dissolving is supplied. The reaction tank and the aging tank are each supplied with 100 g of glycol solution. The glycol solution is preheated to 170 ° C, and the reaction tank and aging tank are maintained at 150 ° C during the reaction. The mixed solution stays in the reaction tank for 30 minutes and stays in the aging tank for 30 minutes. Finally, the mixed solution is taken out from the aging tank and then purified to obtain silver nanowires. Embodiments 2 and 3 in Table 1 are the same as those in Embodiment 1 in Table 1 except for the amount of polyvinylpyrrolidone separated.
表1は種々の分子量を有するピロリドンによって影響される銀ナノワイヤーの外観である。 Table 1 shows the appearance of silver nanowires affected by pyrrolidone having various molecular weights.
表1に示すように、大きい分子量のポリビニルピロリドンは、より長く、より太い銀ナノワイヤーをもたらす。 As shown in Table 1, higher molecular weight polyvinylpyrrolidone results in longer and thicker silver nanowires.
表2を参照してください。表2は、下記実施態様において硝酸銀に対するポリビニルピロリドンの種々の重量比により影響される銀ナノワイヤーの外観を示す。表2中の実施態様1の条件は、表1中の実施態様1の条件と同じである。実施態様4、5及び6の条件は、保護剤溶液を形成するために1200gのグリコール溶液中に溶解するのに用いたポリビニルピロリドンの種々の重量を除き、表2中の実施態様1のものと同じである。
Refer to Table 2. Table 2 shows the appearance of silver nanowires affected by various weight ratios of polyvinylpyrrolidone to silver nitrate in the following embodiments. The conditions of Embodiment 1 in Table 2 are the same as the conditions of Embodiment 1 in Table 1. The conditions of
表2は硝酸銀に対するポリビニルピロリドンの種々の重量比により影響される銀ナノワイヤーの外観である。 Table 2 is the appearance of silver nanowires affected by various weight ratios of polyvinylpyrrolidone to silver nitrate.
表2に示すように、硝酸銀に対するポリビニルピロリドンの高い重量比は銀ナノ粒子の生成をもたらし、それは銀ナノワイヤーに対して有害である。逆に、低い重量比は、より長く、より太い銀ナノ粒子をもたらす。 As shown in Table 2, the high weight ratio of polyvinylpyrrolidone to silver nitrate results in the formation of silver nanoparticles, which are detrimental to silver nanowires. Conversely, a lower weight ratio results in longer and thicker silver nanoparticles.
表3を参照してください。表3は、下記実施態様において種々の反応温度により影響される銀ナノワイヤーの外観を示す。表3中の実施態様1の条件は、表1中の実施態様1の条件と同じである。実施態様7、8及び9は、種々の反応温度を除き、表3中の実施態様1のものと同じである。 Refer to Table 3. Table 3 shows the appearance of silver nanowires affected by various reaction temperatures in the following embodiments. The conditions of Embodiment 1 in Table 3 are the same as the conditions of Embodiment 1 in Table 1. Embodiments 7, 8 and 9 are the same as those of embodiment 1 in Table 3 except for the various reaction temperatures.
表3は種々の反応温度により影響される銀ナノワイヤーの外観である。 Table 3 shows the appearance of silver nanowires affected by various reaction temperatures.
表3に示すように、150℃より低い反応温度条件では、銀ナノ粒子が生成し、ナノワイヤーは生成されない。逆に、高い反応温度は、より長く、より太い銀ナノワイヤーをもたらす。 As shown in Table 3, under reaction temperature conditions lower than 150 ° C., silver nanoparticles are generated, and nanowires are not generated. Conversely, high reaction temperatures result in longer and thicker silver nanowires.
図3を参照してください。図3は、表3中の実施態様による反応時間Tに対する収率Xの分布を説明する概略図である。図3に示すように、曲線20、22、24及び26は、それぞれ、実施態様1、7、8及び9による反応時間に対する収率の分布を表わす。反応温度が150℃より低い場合、反応速度は非常に低く、銀ナノ粒子のみが析出し、銀ナノワイヤーは析出しない。逆に、反応温度が150℃より高い場合、30分間で大量の銀ナノワイヤーが析出する。従って、反応タンク内に混合溶液が滞留する滞留時間は30分として合理的に設定され得る。 Refer to Figure 3. FIG. 3 is a schematic diagram illustrating the distribution of yield X versus reaction time T according to the embodiment in Table 3. As shown in FIG. 3, curves 20, 22, 24, and 26 represent the distribution of yield versus reaction time according to embodiments 1, 7, 8, and 9, respectively. When reaction temperature is lower than 150 degreeC, reaction rate is very low, only a silver nanoparticle precipitates and silver nanowire does not precipitate. On the contrary, when the reaction temperature is higher than 150 ° C., a large amount of silver nanowires are deposited in 30 minutes. Therefore, the residence time in which the mixed solution stays in the reaction tank can be set reasonably as 30 minutes.
表4を参照してください。表4は、下記実施態様において種々の供給濃度により影響される銀ナノワイヤーの外観を示す。表4中の実施態様1の条件は、表1中の実施態様1の条件と同じである。実施態様10、11、12、13及び14は、硝酸銀及びポリビニルピロリドンの種々の重量を除き、表4中の実施態様1のものと同じである。
Refer to Table 4. Table 4 shows the appearance of silver nanowires that are affected by various supply concentrations in the following embodiments. The conditions of Embodiment 1 in Table 4 are the same as the conditions of Embodiment 1 in Table 1.
表4は種々の供給濃度により影響される銀ナノワイヤーの外観である。 Table 4 is the appearance of silver nanowires affected by various supply concentrations.
表4に示すように、供給濃度は、銀ナノワイヤーの直径と、非線形の正比例関係を有し、言い換えると、より高い供給濃度はより大きい直径をもたらす。銀ナノワイヤーの長さは明らかに変化しない。実施態様10において、不十分な濃度の銀イオンが衝突の可能性を低くするので、銀なの粒子のみが得られ、銀ナノワイヤーは得られないことに注意すべきである。
As shown in Table 4, the feed concentration has a non-linear direct proportional relationship with the diameter of the silver nanowires, in other words, a higher feed concentration results in a larger diameter. The length of the silver nanowire does not change clearly. It should be noted that in
図4を参照してください。図4は、表4中の実施態様による銀塩の供給濃度Cに対する銀ナノワイヤーの直径Dの分布を説明する概略図である。図4に示すように、銀塩の供給濃度C(重量%)は、銀ナノワイヤーの直径D(nm)と非線形の比例関係を有する。 Please refer to FIG. FIG. 4 is a schematic diagram illustrating the distribution of the diameter D of silver nanowires relative to the supply concentration C of silver salt according to the embodiment in Table 4. As shown in FIG. 4, the supply concentration C (% by weight) of the silver salt has a non-linear proportional relationship with the diameter D (nm) of the silver nanowires.
更に、図5を参照してください。図5は、前記実施態様1で得られた銀ナノワイヤーを示すSEMの図である。図5に示すように、実施態様1で得られた銀ナノワイヤーの直径は約80nm〜100nmである。 See also Figure 5. FIG. 5 is a SEM diagram showing the silver nanowire obtained in the first embodiment. As shown in FIG. 5, the diameter of the silver nanowire obtained in Embodiment 1 is about 80 nm to 100 nm.
先行技術と比較し、本発明の銀ナノワイヤーの連続的製造方法は、適切な温度で銀ナノ粒子を得るための水溶性銀−塩溶液を供給し、同時に、銀ナノ粒子の成長を制限するためのバリアーを供給するための保護剤溶液を混合する。一方、保護剤溶液中の官能基は、銀ナノ粒子の一次元成長を安定に維持し、熟成処理工程の間に銀ナノワイヤーを形成することができる。本発明の方法は、銀ナノワイヤーを大量生産するための連続供給を利用する。
Compared with the prior art, the continuous method for producing silver nanowires of the present invention provides a water-soluble silver-salt solution for obtaining silver nanoparticles at an appropriate temperature, and at the same time limits the growth of silver nanoparticles. Mix the protective agent solution to supply the barrier. On the other hand, the functional group in the protective agent solution can stably maintain the one-dimensional growth of silver nanoparticles and can form silver nanowires during the aging process. The method of the present invention utilizes a continuous supply for mass production of silver nanowires.
前記実施例及び説明を用いて、本発明の特徴及び精神を、できれば十分に記述したであろう。当業者は、本発明の教示を保持しながら、装置の多くの修飾及び変形をなし得ることを容易に観察するであろう。従って、前記開示は、添付された請求の範囲の境界及び範囲のみによって限定されると解釈すべきである。 The features and spirit of the present invention have been fully described, if possible, using the examples and description. Those skilled in the art will readily observe that many modifications and variations of the device can be made while retaining the teachings of the present invention. Accordingly, the above disclosure should be construed as limited only by the metes and bounds of the appended claims.
Claims (15)
第一の溶液を反応タンク内及び熟成タンク内に供給し、前記反応タンク及び前記熟成タンク内で、前記第一の溶液を第一の温度範囲まで加熱する工程;
銀−塩溶液及び保護剤溶液を、ある比率に従って前記反応タンク内へ連続的に供給し第二の温度範囲で前記銀−塩溶液及び前記保護剤溶液をお互いに混合し、第一の滞留時間、反応タンク内に滞留させ、第二の溶液を形成する工程;
前記第二の溶液を前記熟成タンク内に供給し、前記第二の溶液を、第二の滞留時間、前記熟成タンク内に滞留させ、第三の溶液を形成する工程;及び
前記第三の溶液を精製し、少なくとも1本の銀ナノワイヤーを得る工程
からなる、銀ナノワイヤーの連続的製造方法であって;
前記銀−塩溶液が、水溶性銀塩を第一の溶媒に溶解することにより生成され;
前記水溶性銀塩が硝酸銀であり;
前記保護剤溶液が、ポリビニルピロリドンを第二の溶媒に溶解することにより生成され;
前記第一の溶媒及び第二の溶媒がグリコールであり;
熟成タンク内の熟成処理工程の間に、ポリビニルピロリドンの分子は、銀ナノ粒子が銀−塩溶液及び保護剤溶液の混合溶液から分離される際に、銀粒子の成長を制限してナノスケールに適合させるためのバリアーを供給し、ポリビニルピロリドンの長鎖上の酸素官能基は反応タンク内で銀ナノ粒子を一次元方向に沿って集合させ安定に成長させて、一次元銀ナノワイヤーが形成される
ことを特徴とする、方法。 The following process:
Supplying the first solution into the reaction tank and the aging tank, and heating the first solution to the first temperature range in the reaction tank and the aging tank;
A silver-salt solution and a protective agent solution are continuously fed into the reaction tank according to a certain ratio, and the silver-salt solution and the protective agent solution are mixed with each other in a second temperature range, and a first residence time Dwelling in the reaction tank to form a second solution;
Supplying the second solution into the aging tank, and retaining the second solution in the aging tank for a second residence time to form a third solution; and the third solution; A method for continuously producing silver nanowires, comprising the step of purifying the above to obtain at least one silver nanowire;
The silver-salt solution is produced by dissolving a water-soluble silver salt in a first solvent;
The water-soluble silver salt is silver nitrate;
The protective agent solution is produced by dissolving polyvinylpyrrolidone in a second solvent;
The first solvent and the second solvent are glycol;
During the aging process in the aging tank, the molecules of polyvinyl pyrrolidone can limit the growth of silver particles to nanoscale as the silver nanoparticles are separated from the silver-salt solution and the protective solution. Provide a barrier to adapt, the oxygen functional group on the long chain of polyvinylpyrrolidone aggregates silver nanoparticles along the one-dimensional direction in the reaction tank and grows stably, forming a one-dimensional silver nanowire A method characterized in that.
過剰のアセトンを前記第三の溶液に供給し、前記第三の溶液を前記グリコールと混合し、透明な液状部分及び沈殿部分を形成する工程;
前記透明な液状部分を除去し、前記沈殿部分を熱水に溶解し、第四の溶液を形成する工程;
前記第四の溶液をイオン交換処理により処理し、第五の溶液を形成する工程;
前記第五の溶液を、複数回繰り返して加熱、撹拌及び固液分離して第六の溶液を得る工程;及び
前記第六の溶液を噴霧乾燥して前記第六の溶液の水を除去し、少なくとも1本のナノワイヤーの粉末を得る工程。 The method of claim 1, wherein the step of purifying the third solution comprises the following steps.
Supplying excess acetone to the third solution and mixing the third solution with the glycol to form a clear liquid portion and a precipitated portion;
Removing the transparent liquid portion and dissolving the precipitate portion in hot water to form a fourth solution;
Treating the fourth solution by an ion exchange treatment to form a fifth solution;
The fifth solution is repeatedly heated, stirred and solid-liquid separated to obtain a sixth solution; and the sixth solution is spray-dried to remove the water of the sixth solution; Obtaining at least one nanowire powder;
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