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澳大利亚皇家墨尔本理工大学杨杰官网团队在原位合成银纳米线气凝胶上取得进展
十博2十博体育官网0-07  来源:十博科技

  气凝胶是高度多孔的固体材料,其中分散相是气体,拥有超低密度,高表面积等特点。近年来。贵金属(例如金,银或铂)气凝胶作为一类新兴的功能性气凝胶材料,吸引了科研工作者的广泛关注。贵金属气凝胶结合了贵金属和气凝胶的特性,具有优异的导电性,高稳定性,丰富的活性位点和高效的电子传输通道等特性,在可拉伸电子学,催化,等离激元和散热等领域具有应用价值。现有的贵金属气凝胶制备方法包括脱合金法,燃烧法,模板法和溶胶-凝胶法等。但是,这些方法具有制备时间长、制备温度高、杂质多和结构不易控制等缺点。因此,迫切需要开发一种简单有效的制备方法。


  凝胶理论认为当纳米材料(即纳米线,纳米片或纳米管)在溶剂中的浓度达到一定水平,它们相互触碰和“链接”的机会变高,并可能触发形成胶凝。遵循该凝胶形成理论,该团队设计了原位合成银纳米线(AgNW)制备银凝胶的方法,通过直接加热配置的硝酸银/乙二醇/氯化铁溶液,将硝酸银还原为银纳米线,并获得银纳米线凝胶。该反应中,乙二醇的作用是溶剂和还原剂。氯化铁的作用是催化剂,加快还原速度并选择性合成纳米线。硝酸银的浓度较高时,有利于凝胶的形成。如图1所示,在150°C直接加热硝酸银溶液60分钟后,通过冷冻干燥,获得了AgNW气凝胶。该AgNW气凝胶具有高度多孔的结构,密度可低至10.7 mg /cm3,在空气中具有良好的稳定性,并拥有出色的导电性和较好的机械性能。当气凝胶的密度为24.3 mg / cm3时,,电导率为2.1×105S / m,与传统悬浮液冷冻浇铸法制备的AgNW气凝胶相比,此气凝胶的电导率和杨氏模量显著提高,分别为相应值的126倍和4.6倍。


图1. 硝酸银溶液在150°C加热60分钟后形成了凝胶,冷冻干燥后获得了银纳米线(AgNW)气凝胶。


  为了提高该气凝胶的弹性,将其和硅橡胶(PDMS)复合,制备了AgNW / PDMS气凝胶复合材料,如图2所示。该复合材料具有高的电导率的、出色的弹性,压缩后的回弹速率可达7.2 米/分钟。另外,该气凝胶复合材料能感知外部的压力,即形变能引起电阻变化,能应用于振动传感器领域。


图2. a,b)AgNW/PDMS气凝胶复合材料的SEM图片,样品的密度为40.2 mg/cm3(c)应力释放后,压缩的AgNW/PDMS气凝胶复合材料的反弹过程的图片;(d)10个加载和卸载循环下的应力-应变曲线;(e)加载和卸载循环中应变为80%时的压缩应力(黑色正方形曲线)和弹性能的百分比(蓝色正方形曲线)。


  总之,该原位合成制备银纳米线气凝胶的方法较简单,可大量生产,导电和力学性能大幅提高,这些优势可能引起人们较大的兴趣,也能为其它金属气凝胶的原位合成制备提供借鉴意义。


  以上工作发表在Nanoscale (DOI: 10.1039/d0nr03958f)上。论文的第一作者为澳大利亚皇家墨尔本理工大学工程学院黄舒博士,共同通讯作者为澳大利亚皇家墨尔本理工大学工程学院杨杰官网黄舒博士,合作者包括南京工业大学土木工程学院冯闯官网等。


  论文链接:https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/十博/nr/d0nr03958f#!divAbstract

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