近年來,金屬納米線技術(shù)的進步使得科學家們開發(fā)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,可以通過冷凍干燥或者臨界點干燥技術(shù)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家實驗室的研究人員發(fā)表了一項研究成果,介紹了一種制備密度和孔結(jié)構(gòu)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了密度低至4.8mg/cm3的高性能Ag泡沫。相關(guān)研究成果于上周在線發(fā)表在Nano Letter期刊上。(“Ultralight Conductive Silver Nanowire Aerogels”)。
此前,勞倫茲利弗莫爾國家實驗室就在超輕型材料領(lǐng)域多有建樹。此次,研究人員通過改進的多元醇合成法制備了納米銀線原型,然后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;隨后,在劇烈攪拌下逐滴加入30mL新鮮制備的AgNO3乙二醇溶液(0.12M);反應完成后,將燒瓶從油浴中取出并冷卻至室溫,就得到了銀納米線和少量的銀納米顆粒。
由于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,然后在洗滌液中加入丙酮,由于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(xiàn)納米線的富集和純化。
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,然后立即放置在預先用液氮冷卻過的金屬塊上;由于存在垂直的溫度梯度,冰晶從底部成核并逐漸長大,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干燥,并進行熱處理去除PVP,就得到了高度多孔的銀納米線氣凝膠。
由于這種獨特的制備方法,銀氣凝膠具有獨特的分層多孔結(jié)構(gòu),通過調(diào)節(jié)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(shè)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。
研究人員對這種銀納米線氣凝膠進行了性能測試,發(fā)現(xiàn)其電導率則可達51000s/m。對其進行機械性能測試,結(jié)果表明這種銀納米線氣凝膠表現(xiàn)出了“彈性加強”行為,楊氏模量高達16800Pa。
“有趣的是,實驗結(jié)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(guī)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(jié)構(gòu)強度,這也是它的另一個隱藏的優(yōu)點。”研究人員表示:“至于其性能這么好的原因,這還有待進一步建模來揭示?!?/p>