一種制備密度和孔結構可控的超輕型Ag納米線氣凝膠的新方法

近年來,金屬納米線技術的進步使得科學傢們開發出在新的方法,在溫和條件下制備出超輕金屬泡沫,同時其密度可定制,金屬材料也可選擇。以Cu納米線的懸浮水溶液為例,可以通過冷凍幹燥或者臨界點幹燥技術來制備出超輕多孔Cu氣凝膠

近日,美國加州勞倫茲利弗莫爾國傢實驗室的研究人員發表瞭一項研究成果,介紹瞭一種制備密度和孔結構可控的超輕型Ag納米線氣凝膠的新方法,利用這種方法首次制備出瞭密度低至4.8mg/cm3的高性能Ag泡沫。相關研究成果於上周在線發表在Nano Letter期刊上。(“Ultralight Conductive Silver Nanowire Aerogels”)。

一種制備密度和孔結構可控的超輕型Ag納米線氣凝膠的新方法

此前,勞倫茲利弗莫爾國傢實驗室就在超輕型材料領域多有建樹。此次,研究人員通過改進的多元醇合成法制備瞭納米銀線原型,然後通過選擇性沉淀進行純化。

具體如下:配置約100ml含有0.05mM NaCl、0.189M PVP、約0.0014mM AgNO3和0.017mM CuCl2的乙二醇溶液,加入到圓底燒瓶中預熱到185℃,油浴1小時;隨後,在劇烈攪拌下逐滴加入30mL新鮮制備的AgNO3乙二醇溶液(0.12M);反應完成後,將燒瓶從油浴中取出並冷卻至室溫,就得到瞭銀納米線和少量的銀納米顆粒。

一種制備密度和孔結構可控的超輕型Ag納米線氣凝膠的新方法

由於銀納米顆粒對金屬氣凝膠有負面影響,研究人員通過選擇性沉淀法將銀納米線提純。

具體方法就是用水洗滌銀納米線溶液,然後在洗滌液中加入丙酮,由於銀納米線和銀納米顆粒密度不同,銀納米顆粒主要懸浮在液體中,銀那納米線則沉淀下來,棄去上清液,將沉淀重新分散在水中即可實現納米線的富集和純化。

一種制備密度和孔結構可控的超輕型Ag納米線氣凝膠的新方法

制備得到的銀納米線可用作制備導電銀氣凝膠的組件。研究人員通過將已知濃度的銀納米線懸浮液在玻璃小瓶中形成渦旋,然後立即放置在預先用液氮冷卻過的金屬塊上;由於存在垂直的溫度梯度,冰晶從底部成核並逐漸長大,隨著冰晶的增多,銀納米線被定向排列的冰層重新分配;將冷凍的銀納米線懸浮液冷凍幹燥,並進行熱處理去除PVP,就得到瞭高度多孔的銀納米線氣凝膠。

由於這種獨特的制備方法,銀氣凝膠具有獨特的分層多孔結構,通過調節銀納米線懸浮液的濃度,研究人員可以對氣凝膠的密度進行控制,最低可至4.8mg/cm3。此外,通過特殊設計的模具,還可以制備出其他形狀的氣凝膠,如圓盤、球體和半球等。

一種制備密度和孔結構可控的超輕型Ag納米線氣凝膠的新方法

研究人員對這種銀納米線氣凝膠進行瞭性能測試,發現其電導率則可達51000s/m。對其進行機械性能測試,結果表明這種銀納米線氣凝膠表現出瞭“彈性加強”行為,楊氏模量高達16800Pa。

“有趣的是,實驗結果表明我們制備的這種Ag納米線氣凝膠的變形機制與常規制備的金屬泡沫不同,其是彎曲導致的變形,這就意味著其比其他泡沫或者氣凝膠有著更高的結構強度,這也是它的另一個隱藏的優點。”研究人員表示:“至於其性能這麼好的原因,這還有待進一步建模來揭示。”

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