银纳米线是一种具有纳米尺度一维结构的金属线，它除了具有金属银优异的导电性外，还由于纳米级别的尺寸效应使其导电网络具有优异的透光性以及耐弯折性。因此，银纳米线被视为最有可能取代传统的透明电极材料ITO来构建柔性透明电极，为实现柔性、可弯折的OLED显示、触摸屏等新一代可穿戴电子器件提供了可能。银纳米线透明电极的性能及生产成本一般由三个过程决定：银纳米线的合成，纳米线的纯化，以及纳米线油墨的制备及涂布。而其中的纳米线纯化是决定银纳米线油墨的生产成本和质量的关键步骤。传统的银纳米线提纯技术主要包括多步离心过滤、纤维膜过滤、倾滤以及错流过滤等。这些方法都具有操作繁琐，步骤繁多，纯化效率低，需要耗费大量的时间及溶剂等问题，并且容易产生固体沉淀，极大影响印刷油墨的制备以及透明电极的性能。
近日，南开大学材料学院的梁嘉杰教授课题组创新性地利用动态搅拌诱导离心过滤的策略，发明了一种高效、快捷的银纳米线提纯方法，实现了大规模、快速有效的银纳米线的纯化，极大地提高银纳米线油墨的质量，有效的降低生产成本。相关成果发表于Advanced Functional Materials期刊，梁嘉杰教授为通讯作者，硕士研究生王汇科为第一作者。
该课题组利用动态搅拌概念，结合传统膜过滤以及离心过滤的优点，并创新性的引入垂直滤壁技术，构建了一种动态搅拌诱导离心过滤分离的银纳米线提纯装置。该技术的特点包括：1）通过可控的搅拌产生可控的离心力；2）通过离心力产生正压过滤银纳米线分散液中各种杂质，包括银纳米颗粒，银纳米短棒以及有机添加剂等；3）通过动态搅拌产生的剪切力以及垂直滤壁的作用可有效防止银纳米线的团聚，保证纳米线的均匀分散；4）通过一个装置可同时实现高效的纳米线纯化以及溶剂置换、浓缩等纳米线油墨配置的过程。
过滤机理
图(a)动态搅拌诱导离心过滤装置的结构示意图，(b)和(c)动态搅拌诱导离心过滤过程示意图。
利用该技术纯化，通过一步过滤过程即可得到不同浓度的或不同溶剂的、分散均匀的银纳米线油墨；通过涂布该银纳米线油墨制备得到的柔性银纳米线透明电极，无需复杂的高温煅烧等后处理过程，透光率可高达99.2%（方块电阻230 ohm/sq）；当方块电阻降低到29.6 ohm/sq时，透光率还能达到95.2%。并且，根据纯化量的不同，整个动态纯化过程耗时只需几十分钟到几个小时，跟传统的纯化技术动不动就耗时几十个小时甚至几天时间相比，纯化效率有了极大的提升。此外，该课题组还建立了一套理论模型来指导和优化该动态过滤技术的纯化效率
性能展示
动态搅拌诱导离心过滤装置的照片和性能图
研究者还还通过装置的放大来验证该动态过滤技术在大规模生产上的可行性。
规模化提纯
规模化的动态搅拌诱导离心过滤装置的照片和性能图
该研究的最大意义在于，提出了一种可规模化的、高效的纳米线净化方法。与传统的过滤方法相比，这种动态过滤系统有诸多优点，为降低银纳米线油墨的生产成本提供了重要的途径。
论文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201804479
来源：高分子科学前沿
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