一种含薰衣草提取物的银纳米线及其制备方法和应用

技术领域

本发明属于光电子技术领域，具体涉及一种含薰衣草提取物的银纳米线及其制备方法和应用，尤其涉及一种由薰衣草提取物制备的含薰衣草提取物的银纳米线及其制备方法和应用。

背景技术

随着时代的发展、科技的进步，人们对于未来电子产品的要求也愈来愈高。未来的电子产品可以被弯曲、拉伸、压缩、扭转和变形成复杂的非平面形状。同时，它们还必须保持良好的性能。如触摸屏、液晶显示器、有机电致发光二极管、太阳能电池等电子产品的核心部件为透明电极。

目前全球电子行业应用面最广且需求量最大的透明电极材料是氧化铟锡(ITO)。ITO透光性好，厚度低、易蚀刻成电极图形、高硬度、耐磨。同时，它也存在一些无法攻克的弊端，如成本高、不利于生产弯曲屏，有毒性不利于环保等。因此，ITO正在逐步被下一代柔性透明材料如碳纳米管(CNTs)、石墨烯和金属纳米线所取代。在这些候选材料中，金属纳米线，特别是含薰衣草提取物的银纳米线与ITO、金属网格、碳纳米管、导电聚合物、石墨烯等材料相比，具有导电性好、透光性佳、弯曲性优异、成本低、稳定性好、无摩尔纹等优势，各项指标堪称全能。

CN104616833A公开了一种大面积制备含薰衣草提取物的银纳米线透明电极的方法及含薰衣草提取物的银纳米线透明电极，取适量含薰衣草提取物的银纳米线溶液，用离心机分离出含薰衣草提取物的银纳米线和溶剂，去除溶剂后，将底部含薰衣草提取物的银纳米线掺于光刻胶中，震荡直至含薰衣草提取物的银纳米线均匀分散其中，形成含薰衣草提取物的银纳米线-光刻胶悬浊液；将该悬浊液均匀旋涂到洁净的透明基底上，形成含薰衣草提取物的银纳米线-光刻胶薄膜；将旋涂有含薰衣草提取物的银纳米线-光刻胶薄膜的透明基底浸入去胶溶液中去除表面光刻胶；取出透明基底，待其表面溶液挥发后，含薰衣草提取物的银纳米线留在透明基底上形成均匀的含薰衣草提取物的银纳米线网络，即含薰衣草提取物的银纳米线透明电极。

CN110128883A公开了一种超低雾度含薰衣草提取物的银纳米线薄膜的导电墨水及其制备方法和应用，该制备方法制得的导电墨水用于制造超低雾度含薰衣草提取物的银纳米线薄膜，该制备方法中得到的含薰衣草提取物的银纳米线直径为20纳米、长径比为1000；导电墨水制造的薄膜光学透过率高于95％，雾度低于0.5％。

CN112893862A公开了一种种含薰衣草提取物的银纳米线、其制备方法及由该含薰衣草提取物的银纳米线制得的导电薄膜，其中含薰衣草提取物的银纳米线的制备方法包括(1)分别制备PVP多元醇溶液、卤化盐多元醇溶液和硝酸银多元醇溶液；(2)将制备好的部分硝酸银多元醇溶液加入到卤化盐多元醇溶液中反应制备种子液；(3)将剩余的硝酸银多元醇溶液和PVP多元醇溶液混合均匀，将该混合液滴加到种子液中反应，滴加结束后静置反应得到含薰衣草提取物的银纳米线；步骤四、将步骤三得到的含薰衣草提取物的银纳米线洗涤后定容分散于溶剂中。

上述专利含薰衣草提取物的银纳米线合成的方法主要有溶剂热法、湿化学合成法、环境溶液相法、多元醇合成法、水热法、紫外线照射法、模板法、晶种法等。多元醇法是目前最常用的方法。这种方法对反应条件要求较高，同时不可避免地引入了乙二醇、PVP等易污染环境的化学试剂。

因此，利用丰富绿色的生物质资源，不添加其他化学试剂，在温和条件下合成含薰衣草提取物的银纳米线成为了研究人员亟待突破的方向之一。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种含薰衣草提取物的银纳米线及其制备方法和应用，所述薰衣草提取物的银纳米线具有高的长径比，且导电性能优异。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种含薰衣草提取物的银纳米线，所述含薰衣草提取物的银纳米线的制备原料包括：薰衣草提取物、铜盐和银盐。

在本发明中，通过使用薰衣草提取物提取物作为还原剂，薰衣草植物提取物中的主要成分为山奈酚、阿魏酸等化合物，这些多酚化合物和黄酮类物质具有良好的还原性，可以在反应合成过程中充当还原剂，避免多元醇合成法中有机醇的引入。且薰衣草植物提取物中的化合物多为皂苷和糖苷化合物，可充当表面活性剂指导Cu(Ⅱ)和分子间糖相互作用，钝化银面，支持一维银纳米结构的生长，避免使用难以去除的PVP，合成高长径且导电性佳的银纳米线。而Cu(Ⅱ)通过去除孪晶种子表面的氧，避免氧化刻蚀导致孪晶种子溶解，促进了多孪晶种子的生长，有利于形成银纳米线，提高了合成产率。

优选地，所述薰衣草提取物占所述含薰衣草提取物的银纳米线的总质量的5-15％，例如可以是5％、6％、7％、8％、9％、10％、11％、12％、13％、14％、15％等。

优选地，所述银盐和铜盐的摩尔比为1:(0.5-3)，例如可以是1:0.5、1:0.6、1:0.8、1:1、1:1.2、1:1.5、1:1.7、1:2、1:2.2、1:1.2.5、1:2.8、1:3等。。

优选地，所述铜盐包括硫酸铜、碱式碳酸铜、硝酸铜或氯化铜中的任意一种或至少两种的组合，优选为硫酸铜。

优选地，所述银盐包括硝酸银、硫酸银、磷酸银或氯化银中的任意一种或至少两种的组合，优选为硝酸银。

优选地，所述含薰衣草提取物的银纳米线的长度为30-100μm，例如可以是30μm、35μm、40μm、45μm、50μm、55μm、60μm、65μm、70μm、75μm、80μm、85μm、90μm、95μm、100μm等，所述含薰衣草提取物的银纳米线的直径30-130nm，例如可以是30nm、35nm、40nm、45nm、50nm、55nm、60nm、65nm、70nm、75nm、80nm、85nm、90nm、95nm、100nm、105nm、110nm、115nm、120nm、125nm、130nm等。

第二方面，本发明提供一种如第一方面所述的含薰衣草提取物的银纳米线的制备方法，所述含薰衣草提取物的银纳米线的制备方法包括以下步骤：

(1)将薰衣草提取物、铜盐和银盐分别溶解，得到薰衣草提取液、铜盐溶液和银盐溶液；

(2)将步骤(1)得到的薰衣草提取液和铜盐溶液混合，进行一次搅拌后，滴加银盐溶液，进行二次搅拌，得到混合溶液；

(3)将步骤(2)得到的混合溶液加热反应，得到所述含薰衣草提取物的银纳米线。

在本发明中，使用薰衣草提取物提取物合成含薰衣草提取物的银纳米线的整个过程中，没有使用乙二醇等污染环境的化学试剂作为溶剂，而是以水作为溶剂，产物不会有化学试剂的残留，保证了含薰衣草提取物的银纳米线的纯度。

优选地，步骤(1)中，所述溶解用溶剂均为水。

优选地，步骤(1)中，所述薰衣草提取液的浓度为0.01-0.04g/mL，例如可以是0.01g/mL、0.015g/mL、0.02g/mL、0.025g/mL、0.03g/mL、0.035g/mL、0.04g/mL等。

优选地，步骤(1)中，所述铜盐溶液的浓度为8-12mmol/L，例如可以是8mmol/L、8.5mmol/L、9mmol/L、9.5mmol/L、10mmol/L、10.5mmol/L、11mmol/L、11.5mmol/L、12mmol/L等。

优选地，步骤(1)中，所述银盐溶液的浓度为0.5-10mmol/L，例如可以是0.5mmol/L、1mmol/L、2mmol/L、3mmol/L、4mmol/L、5mmol/L、6mmol/L、7mmol/L、8mmol/L、9mmol/L、10mmol/L等。

优选地，所述薰衣草提取液、铜盐溶液和银盐溶液的体积比为(11-44):(11-44):(33-66)；

其中，第一个“11-44”例如可以是11、15、20、25、30、35、40、44等；

其中，第二个“11-44”例如可以是11、15、20、25、30、35、40、44等；

其中，“33-66”例如可以是33、40、45、50、55、60、66等。

优选地，步骤(2)中，所述一次搅拌的温度为25-30℃，例如可以是25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃等，所述一次搅拌的时间为8-12h，例如可以是8h、8.5h、9h、9.5h、10h、10.5h、11h、11.5h、12h等，所述一次搅拌的转速为600-800rpm，例如可以是600rpm、650rpm、700rpm、750rpm、800rpm等。

优选地，步骤(2)中，所述银盐溶液的滴加速度为0.3-0.8mL/min，例如可以是0.3mL/min、0.4mL/min、0.5mL/min、0.6mL/min、0.7mL/min、0.8mL/min等。

优选地，步骤(2)中，所述二次搅拌的温度为25-30℃，例如可以是25℃、26℃、27℃、28℃、29℃、30℃等，所述二次搅拌的时间为2-4h，例如可以是2h、2.5h、3h、3.5h、4h等，所述二次搅拌的转速为350-550rpm，例如可以是350rpm、400rpm、450rpm、500rpm、550rpm等。

优选地，步骤(3)中，所述加热反应的温度为40-60℃，例如可以是40℃、45℃、50℃、55℃、60℃等，所述加热反应的时间为36-72h，例如可以是36h、40h、45h、50h、55h、60h、65h、70h、72h等。

优选地，步骤(3)中，所述加热反应结束后还需进行后处理：将反应液用丙酮和/或乙醇离心，将产物分散进行保存。

优选地，步骤(3)中，所述离心的转速为10000-15000rpm，例如可以是10000rpm、11000rpm、12000rpm、13000rpm、14000rpm、15000rpm等，所述离心的时间为5-30min，例如可以是5min、6min、8min、10min、12min、14min、16min、18min、20min、22min、24min、26min、28min、30min等。

优选地，所述含薰衣草提取物的银纳米线的制备方法包括以下步骤：

(1)将薰衣草提取物、铜盐和银盐分别用水溶解，得到0.01-0.04g/mL的薰衣草提取液、8-12mmol/L的铜盐溶液和0.5-10mmol/L的银盐溶液；

(2)将步骤(1)得到的薰衣草提取液和铜盐溶液混合，进行一次搅拌后，以0.3-0.8mL/min滴加银盐溶液，进行二次搅拌，得到混合溶液；

其中，所述薰衣草提取液、铜盐溶液和银盐溶液的体积比为(11-44):(11-44):(33-66)；

(3)将步骤(2)得到的混合溶液水浴加热升温至40-60℃，反应36-72h，反应结束后将反应液用丙酮和/或乙醇离心，将产物分散进行保存，得到所述含薰衣草提取物的银纳米线。

第三方面，本发明提供一种如第一方面所述的含薰衣草提取物的银纳米线在制备透明电极中的应用。

相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明在含薰衣草提取物的银纳米线的制备原料中引入薰衣草提取物，薰衣草植物提取物中的主要成分为山奈酚、阿魏酸等化合物，这些多酚化合物和黄酮类物质具有良好的还原性，可以在反应合成过程中充当还原剂，避免多元醇合成法中有机醇的引入，更加绿色环保；

(2)本发明所述薰衣草植物提取物中的化合物多为皂苷和糖苷化合物，可充当表面活性剂指导Cu(Ⅱ)和分子间糖相互作用，钝化银面，支持一维银纳米结构的生长，避免使用难以去除的PVP，合成高长径且导电性佳的银纳米线；

(3)本发明在在制备过程中引入铜盐，Cu(Ⅱ)通过去除孪晶种子表面的氧，避免氧化刻蚀导致孪晶种子溶解，促进了多孪晶种子的生长，有利于形成银纳米线，提高了合成产率。

具体实施方式

下面通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。本领域技术人员应该明了，所述实施例仅仅是帮助理解本发明，不应视为对本发明的具体限制。

实施例1

本实施例提供一种含薰衣草提取物的银纳米线，所述含薰衣草提取物的银纳米线由以下制备方法制备得到：

(1)将2g薰衣草提取物干粉加入100mL去离子水中，在60℃下磁力搅拌至完全溶解，冷却至室温后过滤，得到20g/L的薰衣草植物提取液；分别称取一定量的AgNO

(2)将薰衣草植物提取液和CuSO

其中，薰衣草植物提取液25vol％，CuSO

(3)将混合溶液水浴加热升温至50℃，反应72h；之后分别用丙酮、乙醇将银纳米线原液以12000rpm离心两次，每次5min，将产物分散在无水乙醇中进行保存，即可得长度80～100μm，直径30～50nm的银纳米线。

实施例2

本实施例提供一种含薰衣草提取物的银纳米线，所述含薰衣草提取物的银纳米线由以下制备方法制备得到：

(1)将2.5g薰衣草提取物干粉加入100mL去离子水中，在60℃下磁力搅拌至完全溶解，冷却至室温后过滤，得到25g/L的薰衣草植物提取液；分别称取一定量的AgNO

(2)将薰衣草植物提取液和CuSO

其中，薰衣草植物提取液25vol％，CuSO

(3)将混合溶液水浴加热升温至40℃，反应72h；之后分别用丙酮、乙醇将银纳米线原液以12000rpm离心两次，每次5min，将产物分散在无水乙醇中进行保存，即可得长度40～60μm，直径100～130nm的银纳米线。

实施例3

本实施例提供一种含薰衣草提取物的银纳米线，所述含薰衣草提取物的银纳米线由以下制备方法制备得到：

(1)将1g薰衣草提取物干粉加入100mL去离子水中，在60℃下磁力搅拌至完全溶解，冷却至室温后过滤，得到10g/L的薰衣草植物提取液；分别称取一定量的AgNO

(2)将薰衣草植物提取液和CuSO

其中，薰衣草植物提取液11vol％，CuSO

(3)将混合溶液水浴加热升温至60℃，反应48h；之后分别用丙酮、乙醇将银纳米线原液以12000rpm离心两次，每次5min，将产物分散在无水乙醇中进行保存，即可得长度30～40μm，直径80～100nm的银纳米线。

实施例4

本实施例提供一种含薰衣草提取物的银纳米线，所述含薰衣草提取物的银纳米线由以下制备方法制备得到：

(1)将4g薰衣草提取物干粉加入100mL去离子水中，在60℃下磁力搅拌至完全溶解，冷却至室温后过滤，得到40g/L的薰衣草植物提取液；分别称取一定量的AgNO

(2)将薰衣草植物提取液和CuSO

其中，薰衣草植物提取液23vol％，CuSO

(3)将混合溶液水浴加热升温至60℃，反应72h，之后分别用丙酮、乙醇将银纳米线原液以12000rpm离心两次，每次5min，将产物分散在无水乙醇中进行保存，即可得长度50～70μm，直径60～80nm的银纳米线。

实施例5

本实施例提供一种含薰衣草提取物的银纳米线，所述含薰衣草提取物的银纳米线由以下制备方法制备得到：

(1)将1.5g薰衣草提取物干粉加入100mL去离子水中，在60℃下磁力搅拌至完全溶解，冷却至室温后过滤，得到15g/L的薰衣草植物提取液；分别称取一定量的AgNO

(2)将薰衣草植物提取液和CuSO

其中，薰衣草植物提取液23vol％，CuSO

(3)将混合溶液水浴加热升温至60℃，反应36h，之后分别用丙酮、乙醇将银纳米线原液以12000rpm离心两次，每次5min，将产物分散在无水乙醇中进行保存，即可得长度30～40μm，直径110～130nm的银纳米线。

实施例6

本实施例提供一种含薰衣草提取物的银纳米线，与实施例1的区别仅在于，将CuSO

实施例7

本实施例提供一种含薰衣草提取物的银纳米线，与实施例1的区别仅在于，将硝酸银替换为氯化银，其他步骤与实施例1相同。

实施例8

本实施例提供一种含薰衣草提取物的银纳米线，与实施例1的区别仅在于，步骤(1)中，所述铜盐溶液的浓度为8mmol/L。

实施例9

本实施例提供一种含薰衣草提取物的银纳米线，与实施例1的区别仅在于，步骤(1)中，所述铜盐溶液的浓度为12mmol/L。

实施例10

本实施例提供一种含薰衣草提取物的银纳米线，与实施例1的区别仅在于，步骤(2)中，滴加速度为0.2mL/min。

实施例11

本实施例提供一种含薰衣草提取物的银纳米线，与实施例1的区别仅在于，步骤(2)中，滴加速度为0.9mL/min。

实施例12

本实施例提供一种含薰衣草提取物的银纳米线，与实施例1的区别仅在于，步骤(3)中，于35℃下反应80h。

实施例13

本实施例提供一种含薰衣草提取物的银纳米线，与实施例1的区别仅在于，步骤(3)中，于65℃下反应30h。

对比例1

本对比例提供一种银纳米线的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：

(1)分别称取一定量的AgNO

(2)将AgNO

其中，AgNO

(3)将混合溶液水浴加热升温至50℃，反应72h；之后分别用丙酮、乙醇将银纳米线原液以12000rpm离心两次，每次5min，将产物分散在无水乙醇中进行保存，获取的产物中没有银纳米线。

对比例2

本对比例提供一种银纳米线的制备方法，所述制备方法具体包括以下步骤：

(1)将2g薰衣草提取物干粉加入100mL去离子水中，在60℃下磁力搅拌至完全溶解，冷却至室温后过滤，得到20g/L的薰衣草植物提取液；称取一定量的AgNO

(2)将薰衣草植物提取液和AgNO

其中，薰衣草植物提取液25vol％，AgNO

(3)将混合溶液水浴加热升温至50℃，反应72h；之后分别用丙酮、乙醇将银纳米线原液以12000rpm离心两次，每次5min，将产物分散在无水乙醇中进行保存，即可得粒径在80-100nm的银纳米颗粒。

对比例3

本对比例提供一种含薰衣草提取物的银纳米线的制备方法，与实施例1的区别仅在于，将薰衣草提取物乙醇提取液替换为1mg/mL的氯化1-乙基-3-甲基咪唑乙醇溶液。

性能测试

对上述实施例1-13和对比例1-3所示产品进行如下测试，具体测试方法如下所示：

(1)银纳米长度、直径和长径比：采用扫描电镜(厂家：日本日立公司，型号：SU8020)；

(2)纯度：采用扫描电镜(厂家：日本日立公司，型号：SU8020)；

(3)产率：产物银线干燥后称重除以硝酸银的质量乘以108除以169；

具体测试结果如下表1所示(“-”代表未形成纳米线)：

表1

由表1测试数据可知，本发明所述含薰衣草提取物的银纳米线的长度为30-100μm，所述含薰衣草提取物的银纳米线的直径为30-130nm，长径比为200-3000，纯度为90％以上，产率为95％以上。由此充分说明，本发明提供一种利用薰衣草提取物提取物合成含薰衣草提取物的银纳米线的方法，通过使用薰衣草提取物提取物作为还原剂，乙醇的水溶液为溶剂，避免使用乙二醇、PVP等易污染环境的化学试剂，此方法绿色环保，成本低廉，工艺简单，制备出均一的高出度、高长径比的含薰衣草提取物的银纳米线。

由实施例1和实施例6、7的对比可知，铜盐为硫酸铜、银盐为硝酸银，更促进一维纳米结构的生长，更有利于生成较长的银纳米线。

由实施例1和实施例8、9的对比可知，铜盐的醇溶液浓度过稀或过浓，均无法使反应初期生成更多的多孪生种子，银纳米线的产率会有所降低，生成的银纳米颗粒等副产物较多。

由实施例1和实施例10、11的对比可知，滴加的速度在0.3-0.8mL/min范围内，得到的银纳米线直径细且长，即长径比大，过快或过慢均会导致银纳米线无法很好地生长。

由实施例1和实施例12、13的对比可知，所述加热反应的温度为40-60℃，所述加热反应的时间为36-72h，才能合成更细的银纳米线，否则即使降低温度延长时间，或是提高温度缩短反应时间均不能制备出均一的高出度、高长径比的含多酚化合物的银纳米线。

由实施例1和对比例1的对比可知，不加入薰衣草提取物，无法完成还原反应制备出银纳米线。

由实施例1和对比例2的对比可知，不添加铜盐，产物为粒径较大(粒径为80-100nm)的银纳米颗粒，没有银纳米线的生成。

由实施例1和对比例3的对比可知，添加其他类型的还原剂，无法在较低的温度下进行反应，没有银纳米线的生成。

申请人声明，本发明通过上述实施例来说明含薰衣草提取物的银纳米线及其制备方法和应用，但本发明并不局限于上述实施例，即不意味着本发明必须依赖上述实施例才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明产品各原料的等效替换及辅助成分的添加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。