一种基于凝胶限域-电压编程协同调控的纳米银线分选方法与流程

本发明属于材料工程，具体涉及一种基于凝胶限域-电压编程协同调控的纳米银线分选方法。

背景技术：

1、纳米银线因具有高导电性、高长径比及优异的柔韧性，已成为透明导电膜、柔性电极、导电浆料和电磁屏蔽材料等领域的关键导电功能组元。然而，其合成产物中通常同时存在纳米银颗粒（1~5μm）、纳米银短棒（5~10μm）和目标产物纳米银线（10~30μm）。其中，颗粒与短棒难以有效参与长程导电网络的构建，且颗粒会显著提高透明导电膜的雾度，短棒则会影响导电浆料的涂布均匀性及柔性电极的稳定性，因此必须对其进行分离纯化。

2、现有后处理方法主要包括自然沉降、差速离心、过滤及多次洗涤。其中，离心和过滤虽能去除部分副产物，但处理过程中易导致高长径比的纳米银线发生弯折、断裂、缠绕或损失，难以兼顾纯度和收率。

3、近年来，电泳分选技术被尝试用于纳米银线的纯化。但在采用单一恒定电场进行分选时，由于纳米银线、短棒及颗粒在恒定电场下迁移速率相近，分离后期会出现迁移带显著展宽与局部过度富集现象。同时，恒定电场的持续作用易诱发高长径比纳米银线与短棒、颗粒之间发生非特异性缠结与团聚，形成大尺寸团聚体，严重干扰基于尺寸与形貌的筛分效果，致使目标纳米银线难以实现高纯度、高分辨率的有效分选。

4、此外，凝胶电泳分选的重复性和可放大性高度依赖于多参数的协同匹配。分散介质电导率、缓冲液组成、凝胶浓度、凝胶厚度及电压程序等关键变量对纳米材料迁移行为、凝胶筛分效率及焦耳热效应具有耦合影响。若缺乏系统性协同优化机制，仅进行单一因素独立调节，分选体系极易偏离最优工作窗口，表现为批次间分离图谱显著波动，纯度与产率难以同步保障，严重制约该技术从小试规模向中试及工业化生产的放大转化。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于凝胶限域-电压编程协同调控的纳米银线分选方法，解决现有技术中存在的技术问题。

2、为此，本发明提供的技术方案如下：

3、一种基于凝胶限域-电压编程协同调控的纳米银线分选方法，包括以下步骤：

4、步骤1）将纳米银线粗产物分散于乙醇水溶液中，加入分散稳定剂，调节浓度为0.3~3.0mg/ml，得到电导率为250~1500μs/cm的待分选分散液；

5、步骤2）配制质量浓度为0.5~10%的凝胶前驱体溶液，待凝胶前驱体溶液冷却后倒至平板式凝胶成型模具中，在未完全凝固前，于靠近进样端处插入可拆卸梳齿或片状占位条形成进样槽，凝固后得到厚度为5~15mm的凝胶；

6、步骤3）在缓冲槽中加入与待分选分散液电导率相同的缓冲液，然后将待分选分散液加入所述进样槽中，含样凝胶置于电场分选装置中，采用分阶段电压程序进行分选；

7、步骤4）分选过程中记录电流和凝胶温升；分选结束后，沿迁移方向分段切取凝胶或用相同分散介质洗脱迁移带，分别收集纳米银颗粒富集区、纳米银短棒富集区和纳米银线富集区。

8、进一步地，步骤1）中所述分散稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮pvp、柠檬酸盐、聚乙烯醇pva、聚丙烯酸盐、十二烷基硫酸钠中的一种或多种。

9、进一步地，步骤1）中所述浓度为0.3~3mg/ml，电导率为550~950μs/cm。

10、进一步地，步骤2）中所述凝胶前驱体溶液为琼脂糖凝胶前驱体溶液、聚丙烯酰胺凝胶前驱体溶液、聚乙烯醇水凝胶前驱体溶液或复合水凝胶前驱体溶液。

11、进一步地，步骤2）中所述浓度为2~6%。

12、进一步地，步骤3）中所述分阶段电压程序包括低场预排列、交流取向、脉冲差异迁移、短时反向解聚和低场富集阶段。

13、进一步地，步骤2）中所述平板式凝胶成型模具包括底板、上盖板以及设置于四周的厚硅胶或聚四氟乙烯限厚垫片。

14、进一步地，低场预排列电场强度为0.5~5v/cm，持续30~300s；

15、交流取向频率100khz~5mhz，电场强度为1~20v/cm，持续1~10min；

16、脉冲差异迁移电场强度为5~50v/cm，频率0.1~10hz，占空比30%~70%，持续5~60min；

17、短时反向解聚电场强度为1~10v/cm，每隔1~10min施加一次，每次2~30s；

18、低场富集电场强度为0.5~5v/cm，持续1~10min。

19、更进一步地，2v/cm低场预排列120s；

20、1mhz、10v/cm交流取向5min；

21、20v/cm脉冲差异迁移20min，频率1hz，占空比50%；

22、每5min插入一次5v/cm反向解聚电压，每次10s；

23、3v/cm低场富集5min。

24、进一步地，所述银纳米银颗粒尺寸为1~5微米，银纳米银短棒尺寸5~10微米，银纳米银线尺寸为10~30微米。

25、本发明的有益效果在于：

26、本发明利用凝胶介质的三维多孔网络结构，对不同尺寸和形貌的纳米结构施加差异化的孔道限域作用与迁移阻力，显著放大其迁移速率差异，克服了自由溶液电泳中迁移行为趋同的缺陷。同时，采用分阶段电压程序对电泳过程进行动态调控，在分离初期以低电压确保纳米结构充分进入凝胶孔道，中后期适时调整电压参数，有效抑制迁移带展宽和局部过度富集，避免恒定电场下高长径比纳米银线与短棒、颗粒发生非特异性缠结团聚。凝胶筛分与电压调控的协同作用，使各组分形成集中、锐利的窄谱带，为实现纳米银线的高纯度分选提供了可靠的技术路径。

27、本发明通过凝胶浓度、缓冲液组成、分散介质电导率与分阶段电压程序的系统性协同匹配，建立了稳定的分选工艺窗口，显著提升了批次间分离图谱的一致性和工艺可放大性，为工业化生产奠定了基础。同时，该方法过程条件温和，避免了离心、过滤等传统方法中因剪切力导致的纳米银线弯折、断裂问题，完整保留了其高长径比。经本方法处理后的纳米银线纯度和结构完整性显著提升，能够有效降低透明导电膜的雾度，改善导电浆料的涂布均匀性和柔性电极的稳定性，在透明导电膜、柔性电子、电磁屏蔽等领域具有广阔的应用前景。

1.一种基于凝胶限域-电压编程协同调控的纳米银线分选方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于凝胶限域-电压编程协同调控的纳米银线分选方法，其特征在于，步骤1）中所述分散稳定剂为聚乙烯吡咯烷酮pvp、柠檬酸盐、聚乙烯醇pva、聚丙烯酸盐、十二烷基硫酸钠中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种基于凝胶限域-电压编程协同调控的纳米银线分选方法，其特征在于，步骤1）中所述电导率为550~950μs/cm。

4.根据权利要求1所述的一种基于凝胶限域-电压编程协同调控的纳米银线分选方法，其特征在于，步骤2）中所述凝胶前驱体溶液为琼脂糖凝胶前驱体溶液、聚丙烯酰胺凝胶前驱体溶液、聚乙烯醇水凝胶前驱体溶液或复合水凝胶前驱体溶液。

5.根据权利要求1所述的一种基于凝胶限域-电压编程协同调控的纳米银线分选方法，其特征在于，步骤2）中所述浓度为2~6%。

6.根据权利要求1所述的一种基于凝胶限域-电压编程协同调控的纳米银线分选方法，其特征在于，步骤3）中所述分阶段电压程序包括低场预排列、交流取向、脉冲差异迁移、短时反向解聚和低场富集阶段。

7.根据权利要求1所述的一种基于凝胶限域-电压编程协同调控的纳米银线分选方法，其特征在于，步骤2）中所述平板式凝胶成型模具包括底板、上盖板以及设置于四周的厚硅胶或聚四氟乙烯限厚垫片。

8.根据权利要求6所述的一种基于凝胶限域-电压编程协同调控的纳米银线分选方法，其特征在于，低场预排列电场强度为0.5~5v/cm，持续30~300s；

9.根据权利要求8所述的一种基于凝胶限域-电压编程协同调控的纳米银线分选方法，其特征在于，2v/cm低场预排列120s；

10.根据权利要求1~9任一项所述的一种基于凝胶限域-电压编程协同调控的纳米银线分选方法，其特征在于，所述纳米银颗粒尺寸长度为1~5微米，纳米银短棒长度为5~10微米，纳米银线长度为10~30微米。