银纳米线可以分散在乙醇溶液中吗

样品的分散性会降低,有可能团聚。pvp乙二醇合成的银纳米颗粒洗不干净会使样品的分散性会降低,有可能团聚。PVP的分子基团中既有亲水基团，又有亲油基团，所以它可以与许多溶剂分子具有亲和力，所以pvp溶于乙二醇。

乙二醇又名“甘醇”、“1,2-亚乙基二醇”，简称EG。化学式为(CH2OH)2，是最简单的二元醇。乙二醇是无色无臭、有甜味液体，对动物有毒性，人类致死剂量约为1.6 g/kg。乙二醇能与水、丙酮互溶，但在醚类中溶解度较小。用作溶剂、防冻剂以及合成涤纶的原料。乙二醇的高聚物聚乙二醇（PEG）是一种相转移催化剂，也用于细胞融合；其硝酸酯是一种炸药。

近日，来自澳大利亚墨尔本大学的研究人员在Nanophotonics上以 Nanowires for 2D material-based photonic and optoelectronic devices 为题发表综述文章，系统综述了近年来各种纳米线在光电子学和光电子学中的应用，以及纳米线与二维材料的结合。这篇综述文章介绍了纳米线作为谐振器或/和波导，以提高光子集成电路中用于光增强和引导的二维材料的性能。此外，本文还介绍了在光电子领域研究的纳米线和二维材料的混合。本文综述了纳米线与二维材料在光电子学和光电子学中的杂交，并对未来的研究进行了展望。

图1. 二维材料和纳米线耦合的示意图

图源：Advanced Materials 33, 2101589 (2021).

几十年来，光与物质相互作用的研究越来越受欢迎。最近的重点是提高光与物质相互作用的强度，以实现紧凑的集成光子电路、高效的光子器件和多功能光电子系统。二维材料是现代科学中研究最活跃的材料之一。使用二维材料进行研究有很多优点。例如，二维材料提供了良好的机械性能，例如高度可弯曲和可拉伸，而不会造成损坏。此外，通过简单地使用胶带从大块晶体中剥离二维材料，可以轻松创建原子级光滑、单层或几层样品，这增加了实验室研究中二维材料的使用。通过剥离方法，二维材料可以转移或堆叠到任何材料上，而无需考虑晶格失配问题。到目前为止，研究人员已经确定了一个二维材料库，其特性从金属到绝缘体不等，这些材料有时表现出独特的特性，如高导电性、高非线性或依赖谷值的电/光响应。

纳米线与二维材料的杂交使二维材料能够更好地作为光子和电子器件发挥作用。纳米线可以由金属、半导体或绝缘体制成。金属纳米线用途广泛，因为它们既可以用作电极，也可以用作光子元件。银因其高透射率、低电阻和高柔韧性而经常被用作电极材料。通过加入MXene、石墨烯或氧化石墨烯等二维材料，可以解决阻碍其实际使用的一些瓶颈问题。例如，二维导电层连接纳米线并使表面光滑，从而降低电阻。此外，二维绝缘材料保护金属纳米线免受氧化。这些异质结构可以是图1所示的各种配置。除电极外，金属纳米线还起到波导、开放纳米腔和控制发光性能的作用。随着半导体制造技术的进步，半导体纳米线被广泛应用，并作为集成光子电路的平台发挥着重要作用。半导体纳米线的一个显著优势是，它与互补金属氧化物半导体（CMOS）技术兼容，同时还提供了先进的电气和光学功能。当这些纳米线以核壳或纳米线的形式与单层结构上的二维材料结合时，预计会产生协同效应。

图2. 将金属纳米线与二维材料结合用于柔性透明电极

图源：Advanced Materials 33, 2101589 (2021).

柔性和透明电极适用于各种应用，并有望在光电子学中广泛使用。这种电极已用于柔性有机发光二极管（Folders）、太阳能电池和许多其他光电应用。金属纳米线因其高透射率和低片电阻而对柔性透明电极（FTE）的开发特别有吸引力。传统上，氧化铟锡（ITO）是一种广泛采用的柔性透明电极材料。ITO具有高导电性，同时在可见光波长下透明。然而，使用ITO有几个缺点，包括机械稳定性差，弯曲基板时由于裂纹导致电阻增加。此外，铟是地壳中稀缺的原材料，因此需要使用替代材料。金属纳米线因其优异的光学和电学性能而成为很有前途的候选者。它们展示了诱人的特性，有望在商业应用中取代ITO。这是因为纳米结构增加了弹性，同时保持了良好的导电性和光学透明度，因此它们对弯曲和折叠裂纹具有弹性。

然而，金属纳米线仍然存在一些固有的缺点，包括表面粗糙度高，与基底的附着力低，纳米线界面之间的不连续结构，以及快速降解。这些问题可以通过添加额外的材料来克服，即创建一个混合系统。这些混合系统由二维材料组成，其特性适用于克服这些问题。例如，MXene是一种二维材料，由过渡金属碳化物、氮化物和碳氮化物组成，经常用于缓解问题。MXene因其高导电性和大表面积等特点，在传感器和透明电极领域被广泛 探索 。石墨烯由于其独特的电学和光学性质，也是这方面很有前途的二维材料之一。

图3. 纳米线与二维材料耦合以增强光与物质相互作用

图源：Advanced Materials 33, 2101589 (2021).

同样，石墨烯也被用于改善混合系统中电极的导电性。已经有研究工作实验实现了由银纳米线和电化学剥离石墨烯（EG）组成的透明电极。详细地说，首先将含有银纳米线的溶液喷涂到柔性基底上，即聚萘二甲酸乙二醇酯，然后进行电化学剥离石墨烯分散。研究人员比较了不同体积的带有电化学剥离石墨烯层的银纳米线与原始银纳米线的薄片电阻和透射率。此外，为了长期稳定性，样品在空气中暴露120天。在此期间，混合材料的薄片电阻保持不变，而原始样品的薄片电阻在暴露10天后增加。研究报告说，通过部署电化学剥离石墨烯层，他们能够在不显著降低透射率的情况下降低薄片电阻，同时将粗糙度分别从78Ω/sq降低到13.7Ω/sq，从16.4 nm降低到4.6 nm。由于分散层使Ag-纳米线结和孔的表面变平，因此EG涂层降低了薄板电阻和粗糙度。本文进一步展示了该电极作为阳极在有机太阳能电池和聚合物LED中的应用。

二维材料不仅可以降低表面粗糙度，而且可以作为保护层防止金属纳米线氧化。银纳米线是钙钛矿太阳能电池（PVSC）最常用的底部电极金属线之一，由于钙钛矿层中卤化物的释放而导致腐蚀问题。最近有研究人员提出采用大尺寸氧化石墨烯（LGO）片作为银纳米线透明电极的保护层。作为保护层的大尺寸氧化石墨烯片对于减少整体边界面积至关重要，因为片之间的边界允许卤化物物种进入。在这项工作中，采用离心法分离不同尺寸的氧化石墨烯板。将减少的大尺寸氧化石墨烯分散液滴在Ag-纳米线电极上，并使用稳定的热风流进行干燥。电极保持其初始电阻超过45小时，而原始样品在0.8 V偏压下10小时后电阻呈指数增长。本研究证明了构建高稳定性PVSC的可能性。

通过增加发光二维材料的自发辐射率，可以产生更亮的光源。有腔和无腔的自发辐射率速率之比称为Purcell因子，它与Q因子成正比，与光模体积成反比。已经有很多方法可以实现高的光致发光强度，这可以通过纳米线与过渡金属二硫化物的杂交来实现。利用纳米线也是解决光学各向异性的常用方法。通过调整纳米结构的形态，可以控制共振频率和质量因子。随着二维 过渡金属二硫化物与等离子体或光学纳米线的结合，光的有效控制和增强可以应用于实际。

图4. 将半导体纳米线与二维材料结合可用于高性能光探测器

图源：Advanced Materials 33, 2101589 (2021).

总结与展望

如前所述，本文介绍了贵金属纳米线、半导体纳米线和钙钛矿纳米线，以及它们在传统应用、集成光子电路、光增强、路径控制和光电子学中的最新应用。此外，在综述中还介绍了通过加入过渡金属二硫化物层、石墨烯和氧化石墨烯等二维材料而取得的显著改进。研究表明，对这些二维材料的结构特征进行优化至关重要，比如尺寸或纳米线之间的距离。因此，对优化这些特性进行深入研究是有希望的。

本综述回顾了用于基于二维材料的光子和光电子器件的纳米线。纳米线在光子集成电路中具有作为谐振器和波导的潜在用途。介绍了利用纳米线的特性以及纳米线与二维材料的混合。不同类型的纳米线和二维材料的特性和用途有望为 探索 新的杂交材料提供新的视角，并最终改变现有设计，提高性能。

然而，文章认为，这些耦合仍然有一些缺点需要克服。例如，由于它们是纳米材料的混合，因此应该研究简便的合成方法。复杂的合成方法可能导致产率低、耗时且成本相对较高。此外，它们的长期稳定性仍需研究。高湿度、极高或极低的工作温度等恶劣环境可能会导致性能不佳。因此，提高它们的重复性、再现性，并在恶劣环境中对其性能进行试验，对未来的发展至关重要。此外，目前正在努力提高这些材料的性能。例如，已经有研究人员开发了一种用于超灵敏光电探测器的钙钛矿纳米线结晶度增加的制造方法。同样，未来的应用预计将通过提高材料的结晶度和研究设备的最佳布局来实现可扩展和集成的系统，从而提高结果。

参考文献：

XSoumyabrata Roy, Xiang Zhang, Anand B. Puthirath et al. , Structure, Properties and Applications of Two-Dimensional Hexagonal Boron Nitride. Advanced Materials 33 , 2101589 (2021).

C2H6O2可以是乙二醇，即CH2OH-CH2OH。乙二醇在一定条件下容易发生分子内脱水生成乙烯醇：CH2OH-CH2OH------>CHOH=CH2+H2O(1个C脱H，另1个C脱-OH，生成乙烯醇)乙烯醇极不稳定，立即发生分子内重排，生成乙醛：CHOH=CH2------>CH3-CHO(分子内重排生成乙醛)上述2方程相加，可简单表示为：CH2OH-CH2OH------>CH3CHO+H2O乙醛易发生银镜反应。附：乙二醇简介乙二醇是最简单的二醇,分子式HOCH2CH2OH。它是邻二醇的典型代表。乙二醇为无色粘稠液体；熔点－11.5°C，沸点198°C，相对密度1.1088(20/4°C)。化学性质与乙醇相似，主要能与无机或有机酸反应生成酯，一般先只有一个羟基发生反应，经升高温度、增加酸用量等，可使两个羟基都形成酯。如与混有硫酸的硝酸反应，则形成二硝酸酯。酰氯或酸酐容易使两个羟基形成酯。乙二醇在催化剂（二氧化锰、氧化铝、氧化锌或硫酸）作用下加热，可发生分子内或分子间失水。乙二醇能与碱金属或碱土金属作用形成醇盐。通常将金属溶于二醇中，只得一元醇盐；如将此醇盐（例如乙二醇一钠）在氢气流中加热到180～200°C，可形成乙二醇二钠和乙二醇。此外用乙二醇与2摩尔甲醇钠一起加热，可得乙二醇二钠。乙二醇二钠与卤代烷反应，生成乙二醇单醚或双醚。乙二醇二钠与1，2－二溴乙烷反应，生成二氧六环。此外，乙二醇也容易被氧化，随所用氧化剂或反应条件的不同,可生成各种产物,如乙醇醛HOCH2CHO、乙二醛OHCCHO、乙醇酸HOCH2COOH、草酸HOOCCOOH及二氧化碳和水。a二醇与其他二醇不同,经高碘酸氧化可发生碳链断裂。制法工业上由环氧乙烷用稀盐酸水解制得。实验室中可用水解二卤代烷或卤代乙醇的方法制备。应用乙二醇常可代替甘油使用。在制革和制药工业中，分别用作水合剂和溶剂。乙二醇的衍生物二硝酸酯是炸药。乙二醇的单甲醚或单乙醚是很好的溶剂，如甲溶纤剂HOCH2CH2OCH3可溶解纤维、树脂、油漆和其他许多有机物。乙二醇的溶解能力很强，但它容易代谢氧化，生成有毒的草酸，因而不能广泛用作溶剂。乙二醇是一个抗冻剂，60％的乙二醇水溶液在－40°C时结冰。

在接受《WitsView》专访时，萧仲钦表示，从Cambrios角度来看，2019年是公司出货量创新高的一年。

Cambrios作为纳米银线产业龙头厂商，其出货量的变化当然能够反映产业的发展态势，但是真正让萧仲钦感觉到产业未来机遇的则是两个契机:

1、在国内京东方、华星光电等厂商10.5代面板产线开始量产的情况下，65寸、86寸等大尺寸面板价格不断下探，教育、商显等电子白板市场逐步起量，纳米银线技术凭借其优势得以大量商用

2、去年折叠屏手机产品的面世，开辟了纳米银线技术另一个可期待的庞大的应用场景。纳米银线优异的可折叠性能天然适配折叠屏相关电子产品。

在萧仲钦看来，以上两个因素的变化将支撑2019年成为纳米银线技术发展的真正元年。

当然，并没有什么事情是绝对的。即便机遇就在眼前，纳米银线想要大批量商用依然还需面对来自传统ITO膜以及新力量金属网格的竞争。

什么是纳米银线?

资料显示，纳米银线是指长度在微米尺度、直径在纳米尺度的一维银金属材料，其长径比可达1万以上。一般来说，银纳米线的长度越长、直径越小，其透光度越高、电阻越小。

纳米银线在光学(太阳能等)、导电(LED、触摸屏等)、化学、热力等应用领域有着不错的应用前景，目前最成熟的应用则是纳米银线透明导电薄膜。

纳米银线透明导电薄膜是一种将无数纳米银线与合适的有机交联体在柔性衬底上制成的导电薄膜。相对于传统的ITO等在硬质材料衬底上沉积的透明导电薄膜，在有机柔性基片上制备的透明导电薄膜在透光性、导电性和柔性等方面的性能更好。

从纳米银线导电膜的产业链来看，上游是硝酸银、乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮等常用基础化工品原料，中游是纳米银线浆料/墨水与纳米银线导电膜，下游是触控屏、柔性OLED、太阳能电池、智能窗膜等。

产业链的核心在于纳米银线浆料/墨水的制备，与纳米银线透明导电膜的生产，前者涉及到原料配方及处理工艺，后者涉及到设备及工艺。

谈到与ITO膜的竞争，萧仲钦认为，“纳米银线技术的发展并不是要完全取代ITO膜技术而存在，两种技术可能会长期并存，而纳米银技术下的触摸屏应用将慢慢瓜分ITO膜的市场份额，就像ITO膜产品逐步占据液晶屏份额的过程一样。”

事实上，相较于传统的ITO膜，未来纳米银线技术的最大竞争对手可能来自于同样能够应用于折叠屏产品的金属网格。

对此，萧仲钦有清醒的认识，“之前Cambrios在评估金属网格的时候，其可折叠的次数和可拉伸的次数表现不如纳米银线，但是随着技术的发展，金属网格这几年的进步也非常快，有些折叠屏产品甚至更多考虑采用金属网格技术。”

不过，有竞争才有进步!

萧仲钦认为，纳米银线想要和金属网格竞争，光靠Cambrios一家是不够的，而是需要产业链上中下游一起投入更多的资源，让终端厂商有更多的选择，这样才有可能在折叠屏领域与金属网格一较高下。

开放合作 共促发展

然而，要让整个产业链拧成一股绳劲往一处使，这并不是一件容易的事情。

为此，作为行业龙头厂商，Cambrios当仁不让，除了经常性的举办纳米银线产业技术交流论坛之外，萧仲钦表示还将从以下几方面促进行业快速发展。

首先，是成立纳米银线产业联盟。联盟由纳米银线上下游相关企业组建，并在这一领域形成较大的合力和影响力，构建纳米银线产业链沟通交流的渠道，这样不但能为成员企业带来新的客户、市场和信息，也有助于企业专注于自身核心业务的开拓。

其次，是开放专利合作。一直以来，Cambrios在纳米银线领域有着大量且最核心的发明专利，这一定程度上提高了其它业者进入这一领域的门槛，间接阻碍了产业的发展。

而Cambrios也认识到了这一问题，所以在前两年已经开始将部分专利授权给行业其它厂商进行产品开发。萧仲钦表示，未来Cambrios还会合理评估授权费用，继续开放专利授权，进一步促进产业发展，让参与厂商都能互利共赢。

最后，是继续完善纳米银线技术开发。纳米银线技术虽然有很多优点，但一直未能普遍被业界接受和采用，也不是没有原因。

根据萧仲钦介绍，银线越来越细、银离子迁移、以及生产中的光氧化等问题一直都在困扰纳米银线技术的发展，但这些其实在技术人员的努力下都已经有相应的解决方案。

事实上，此前最大的困扰是下游厂商如果采用纳米银线技术生产触摸屏等产品，需要更换生产设备及生产线，这对于下游厂商来讲是生产成本的增加，所以导致下游客户不够积极。

为此，Cambrios研发了最新的铜纳米银膜技术，能够让下游客户在不换设备的情况下直接生产相关产品，这将大大降低客户成本，提升客户采用率，推动纳米银线技术普及。

以上这些都是促进纳米银线材料技术发展的措施，未来与ITO膜以及金属网格竞争，纳米银线还有很长的路要走。

不过，随着产业的快速发展和技术的不断迭代，纳米银线必将会掀起新一轮的材料革命。

化学还原法是制备纳米银最简单也最常用的方法.一般指在液相条件下,将Ag+还原为单质银,所用还原剂常有硼氢化钠、柠檬酸钠、乙二醇、抗坏血酸、葡萄糖等.不同的还原剂和分散剂对纳米银的形貌和大小有很大的影响,在纳米银颗粒的合成中,人们通过控制不同的反应条件,分别得到了不同粒径大小的纳米银颗粒(如图1所示).例如,Logar等以NaBH4为还原剂,制备得到颗粒大小为7nm左右的纳米银颗粒[15].Lee课题组报道了利用1,2

微波辐射法由于简便、快速、高效、绿色等优点,近年来被广泛的应用于有机合成的加速反应和无机纳米材料的合成.本文研究重点分为三部分: (1)微波辅助合成银纳米立方体和银纳米线. 采用微波辐射法,以硝酸银(AgNO_3)作为种子,乙二醇(EG)为还原剂,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为保护剂,快速合成了银纳米线,同时还探讨了不同条件下各因素对银纳米线晶种生长的影响,所合成的银纳米线具有很好的分散性且尺寸均一、形貌规则、样品纯度高达90%以上(2)微波辅助合成具有纳米级孔洞的氧化锌微米棒.

要想把金属沉积到多孔材料的孔中，那么被沉积的金属必须是液态或者是气态才能够方便的进入孔内，可以想法把金属溶解在容易挥发液体里，也可以通过物理气相沉积（PVD）或者化学气相沉积（CVD）的方法。