银纳米片因其独特的物理化学性质和二维结构优势,在柔性电子、表面增强拉曼散射及传感领域展现出重要应用价值。这种材料具有高比表面积和高纵横比,能够提供高效的电荷传输路径,并通过各向异性特征调控表面等离子体共振效应,从而在光学响应和电子传输性能方面表现出优异的可调性。在众多几何参数中,厚度是决定银纳米片光学性能、柔韧性和烧结行为的关键因素。超薄结构能够降低烧结温度,而厚度过大则会削弱这些优势。然而,实现银纳米片厚度的精确控制仍是重大挑战。传统化学还原、光化学和生物合成等方法所采用的形貌控制剂难以有效抑制厚度方向生长,尤其对于大尺寸纳米片,厚度常超过10纳米,甚至达到40纳米。这不仅增加了制备成本,也限制了超薄银纳米片在高性能应用中的探索。因此,开发新型合成策略以实现厚度可控的超薄银纳米片制备,对推动其在先进功能材料领域的发展具有重要意义。
在这项研究中,研究人员开发了一种亚硝酸介导的种子生长技术,用于精确合成厚度仅为约2纳米的超薄银纳米片。该方法利用亚硝酸根离子在酸性合成体系中发挥双重调控作用:一方面,亚硝酸根在酸性条件下原位产生强氧化性微环境,有效抑制银离子在溶液中的自成核,同时选择性溶解不符合片状生长取向的杂种子,确保最终产物的高纯度;另一方面,亚硝酸根能够特异性吸附在银的{111}晶面上,限制晶体沿厚度方向生长,从而维持纳米片的超薄特性。通过调控种子浓度,研究人员实现了从60纳米到3微米范围内对纳米片尺寸的连续可调,且产品纯度在浓度高达40克/升时仍超过99%。此外,这种超薄银纳米片展现出优异的低温焊接性能,能在180摄氏度下作为焊料有效连接银纳米线,显著降低接触电阻。与传统15纳米厚度的纳米片相比,超薄纳米片在相同条件下表现出更明显的烧结行为,表面原子迁移更活跃,能形成更紧密的纳米线连接。
该研究建立了一种制备高质量超薄二维金属纳米晶体的通用方法,通过亚硝酸根离子的双功能调控机制,成功解决了银纳米片厚度控制难题。所制备的超薄银纳米片不仅具有创纪录的2纳米厚度和99%以上的高纯度,还展现出独特的低温焊接特性,为柔性光电子和可穿戴设备领域提供了新的材料解决方案。这项工作不仅深化了对纳米晶面选择性调控机理的理解,也为其他金属纳米材料的精确合成提供了参考。研究表明,通过合理设计化学调控策略,可以实现对纳米材料形貌的精准控制,从而优化其在实际应用中的性能表现。该成果为开发高性能、低成本、可规模化生产的柔性透明电极开辟了新途径,并有望推动表面增强光谱、柔性电子器件等领域的技术进步。
编辑:李峙蓉 审核:张勇
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