銀納米線是一種具有納米尺度一維結構的金屬線，它除了具有金屬銀優異的導電性外，還由于納米級別的尺寸效應使其導電網絡具有優異的透光性以及耐彎折性。因此，銀納米線被視為最有可能取代傳統的透明電極材料ITO來構建柔性透明電極，為實現柔性、可彎折的OLED顯示、觸摸屏等新一代可穿戴電子器件提供了可能。銀納米線透明電極的性能及生產成本一般由三個過程決定：銀納米線的合成，納米線的純化，以及納米線油墨的制備及涂布。而其中的納米線純化是決定銀納米線油墨的生產成本和質量的關鍵步驟。傳統的銀納米線提純技術主要包括多步離心過濾、纖維膜過濾、傾濾以及錯流過濾等。這些方法都具有操作繁瑣，步驟繁多，純化效率低，需要耗費大量的時間及溶劑等問題，并且容易產生固體沉淀，極大影響印刷油墨的制備以及透明電極的性能。

近日，南開大學材料學院的梁嘉杰教授課題組創新性地利用動態攪拌誘導離心過濾的策略，發明了一種高效、快捷的銀納米線提純方法，實現了大規模、快速有效的銀納米線的純化，極大地提高銀納米線油墨的質量，有效的降低生產成本。相關成果發表于Advanced Functional Materials期刊，梁嘉杰教授為通訊作者，碩士研究生王匯科為第一作者。

該課題組利用動態攪拌概念，結合傳統膜過濾以及離心過濾的優點，并創新性的引入垂直濾壁技術，構建了一種動態攪拌誘導離心過濾分離的銀納米線提純裝置。該技術的特點包括：1）通過可控的攪拌產生可控的離心力；2）通過離心力產生正壓過濾銀納米線分散液中各種雜質，包括銀納米顆粒，銀納米短棒以及有機添加劑等；3）通過動態攪拌產生的剪切力以及垂直濾壁的作用可有效防止銀納米線的團聚，保證納米線的均勻分散；4）通過一個裝置可同時實現高效的納米線純化以及溶劑置換、濃縮等納米線油墨配置的過程。

過濾機理

圖(a)動態攪拌誘導離心過濾裝置的結構示意圖，(b)和(c)動態攪拌誘導離心過濾過程示意圖。

利用該技術純化，通過一步過濾過程即可得到不同濃度的或不同溶劑的、分散均勻的銀納米線油墨；通過涂布該銀納米線油墨制備得到的柔性銀納米線透明電極，無需復雜的高溫煅燒等后處理過程，透光率可高達99.2%（方塊電阻230 ohm/sq）；當方塊電阻降低到29.6 ohm/sq時，透光率還能達到95.2%。并且，根據純化量的不同，整個動態純化過程耗時只需幾十分鐘到幾個小時，跟傳統的純化技術動不動就耗時幾十個小時甚至幾天時間相比，純化效率有了極大的提升。此外，該課題組還建立了一套理論模型來指導和優化該動態過濾技術的純化效率

性能展示

動態攪拌誘導離心過濾裝置的照片和性能圖

研究者還還通過裝置的放大來驗證該動態過濾技術在大規模生產上的可行性。

規模化提純

規模化的動態攪拌誘導離心過濾裝置的照片和性能圖

該研究的最大意義在于，提出了一種可規模化的、高效的納米線凈化方法。與傳統的過濾方法相比，這種動態過濾系統有諸多優點，為降低銀納米線油墨的生產成本提供了重要的途徑。

論文鏈接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201804479

來源：高分子科學前沿