近年來(lái)，金屬納米線技術(shù)的進(jìn)步使得科學(xué)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(shí)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(guò)冷凍干燥或者臨界點(diǎn)干燥技術(shù)來(lái)制備出超輕多孔Cu氣凝膠。
近日，美國(guó)加州勞倫茲利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的研究人員發(fā)表了一項(xiàng)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(guó)家實(shí)驗(yàn)室就在超輕型材料領(lǐng)域多有建樹。此次，研究人員通過(guò)改進(jìn)的多元醇合成法制備了納米銀線原型，然后通過(guò)選擇性沉淀進(jìn)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(yù)熱到185℃，油浴1小時(shí)；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(yīng)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(duì)金屬氣凝膠有負(fù)面影響，研究人員通過(guò)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(lái)，棄去上清液，將沉淀重新分散在水中即可實(shí)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(dǎo)電銀氣凝膠的組件。研究人員通過(guò)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(yù)先用液氮冷卻過(guò)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(zhǎng)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(jìn)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(dú)特的制備方法，銀氣凝膠具有獨(dú)特的分層多孔結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)銀納米線懸浮液的濃度，研究人員可以對(duì)氣凝膠的密度進(jìn)行控制，最低可至4.8mg/cm3。此外，通過(guò)特殊設(shè)計(jì)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(duì)這種銀納米線氣凝膠進(jìn)行了性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其電導(dǎo)率則可達(dá)51000s/m。對(duì)其進(jìn)行機(jī)械性能測(cè)試，結(jié)果表明這種銀納米線氣凝膠表現(xiàn)出了“彈性加強(qiáng)”行為，楊氏模量高達(dá)16800Pa。
“有趣的是，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明我們制備的這種Ag納米線氣凝膠的變形機(jī)制與常規(guī)制備的金屬泡沫不同，其是彎曲導(dǎo)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(qiáng)度，這也是它的另一個(gè)隱藏的優(yōu)點(diǎn)。”研究人員表示：“至于其性能這么好的原因，這還有待進(jìn)一步建模來(lái)揭示。”
