專利名稱：一種飛秒激光制備金屬納米材料的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及金屬納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種飛秒激光制備金屬納米材料的方法。
背景技術(shù)：
隨著近幾十年的發(fā)展，納米科學(xué)已經(jīng)成為當(dāng)今熱門的科研領(lǐng)域之一。而金屬納米粒子由于其特有的表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等性質(zhì)，成為納米科學(xué)研究的重點。相應(yīng)的金屬納米材料已經(jīng)被應(yīng)用于生物傳感、催化、電子工業(yè)、光學(xué)等諸多領(lǐng)域。當(dāng)前已有多種制備金屬納米材料的方法，如氣相法、化學(xué)沉淀法、溶膠-凝膠法、化學(xué)還原法、熱降解法、光還原法等。其中光還原法的原理是部分金屬具有表面等離子體共振的性質(zhì)，能 在可見光區(qū)域下吸收光的能量。當(dāng)有某一特定的光源對含有金屬離子的溶液進(jìn)行照射時，可以將金屬離子還原。如果控制適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件，就能夠得到不同形貌和尺寸的金屬納米材料。與其他方法相比，光還原法具有操作簡單，反應(yīng)溫和等優(yōu)點，因此也成為制備金屬納米材料的一種常見的方法。目前已報道的用光還原法制備金屬納米材料主要是用紫外光照射含有金屬離子的水溶液，得到金屬納米材料。也有報道用可調(diào)節(jié)光波長的二極管燈照射含有還原劑的硝酸銀溶液，得到不同形貌的銀納米材料。但是這些光源由于光強(qiáng)較低，往往需要很長的照射時間才能反應(yīng)完全。如果使用能量密度高、定向性好的激光器照射的話，則可以在較短時間內(nèi)就能使金屬離子還原，制備出金屬納米材料。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明目的針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明的目的是提供一種飛秒激光制備金屬納米材料的方法，使其具有具有操作簡單，耗時較短，環(huán)境友好，形貌及尺寸可控等特點。所制備的金屬納米材料可用于催化、電化學(xué)、表面拉曼增強(qiáng)或生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。技術(shù)方案為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種飛秒激光制備金屬納米材料的方法直接用激光對準(zhǔn)金屬鹽溶液進(jìn)行照射，得到不同形貌的金屬納米材料；其中，激光照射的時間為f3600s，入射激光的平均功率為5^400mff,金屬鹽溶液的濃度為ImmoI/L ImoI/L。所述的金屬鹽包括硝酸銀、醋酸銀、氯金酸、氯金酸鈉、氯金酸鉀、溴金酸、四溴金酸鈉、四溴金酸鉀、碘金酸、碘金酸鉀、氯鉬酸、氯鉬酸鈉、氯鉬酸鉀、溴鉬酸、溴鉬酸鉀、溴鉬酸鉀、硫酸鉬、硝酸鉬、硫酸銅、硝酸銅、氯化銅、溴化銅，以及氯金酸與氯鉬酸的任意摩爾比混合物。所述金屬鹽溶液的溶劑包括水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、四氫呋喃、DMF, DMAc,以及，水與甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、四氫呋喃、DMF、DMAc中的一種或多種的任意體積比的混合。所述金屬鹽溶液的濃度，優(yōu)選為l(Tl00mmol/L。
所述的激光照射的時間，優(yōu)選為60(Tl200S。所述的入射激光的平均功率，優(yōu)選為2(T50mW。所述的激光照射樣品，有光線通過透鏡聚焦后照射和直接照射兩種方式。本發(fā)明中所用的光源為飛秒激光器，其產(chǎn)生的激光具有脈沖持續(xù)時間短、峰值功率極高的特點。在總輸出功率較小的情況下，飛秒激光器也能為一些需要很高能量才能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)提供足夠的能量。而飛秒激光總輸出功率并不大，因此不會導(dǎo)致材料被燒毀。有益效果與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點包括本發(fā)明采用上述工藝方法，簡單方便、無需添加任何還原劑或表面活性劑，且反應(yīng)條件簡單易控、環(huán)境友好。所制備的金屬納米材料形貌及尺寸可控，可應(yīng)用于催化、電化學(xué)、表面拉曼增強(qiáng)或生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。


圖I是飛秒激光制備金屬納米材料實驗光路圖；
圖2是AgNO3經(jīng)過激光照射后形成的納米顆粒的透射電鏡照片；
圖3是氯金酸溶液經(jīng)過激光照射后形成的納米棒的透射電鏡照片；
圖4是氯金酸溶液經(jīng)過激光照射后形成的六邊形納米片的透射電鏡照片；
圖5是氯金酸與氯鉬酸混合溶液經(jīng)過激光照射后形成的納米棒的透射電鏡照片；
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。實施例I
如圖I所示，所用激光器為Coherent公司的Legend Elite飛秒激光器。調(diào)試激光器，使激光的光路對準(zhǔn)樣品槽的入射面。用透鏡對光線聚焦，焦點的位置在樣品槽內(nèi)部的中心。然后將激光的功率調(diào)至20mW，并將配制好的lOmmol/L的硝酸銀水溶液加入樣品槽中，靜置5min后再進(jìn)行照射。照射600s后，將樣品進(jìn)行檢測。AgNO3經(jīng)過激光照射后形成的納米顆粒，如圖2所示。實施例2
用醋酸銀代替硝酸銀，其他條件同實施例I。實施例3
調(diào)試激光器，取下透鏡，將激光的光斑對準(zhǔn)樣品槽的入射面。然后將激光的功率調(diào)至400mW，并將配制好的lmmol/L的氯金酸溶液加入樣品槽中，靜置5min后再進(jìn)行照射。照射Is后，將樣品進(jìn)行檢測。氯金酸經(jīng)過激光照射后形成的納米棒，如圖3所示。照射2 min后，將樣品進(jìn)行檢測。氯金酸溶液經(jīng)過激光照射后形成的六邊形納米片，如圖4所示。實施例4
分別用氯金酸鈉、氯金酸鉀、溴金酸、四溴金酸鈉、四溴金酸鉀、碘金酸、碘金酸鉀代替氯金酸，其他條件同實施例3。實施例5
調(diào)試激光器，使激光的光路對準(zhǔn)樣品槽的入射面。用透鏡對光線聚焦，焦點的位置在樣品槽的中心。然后將激光的功率調(diào)至50mW，并將配制好的lmol/L的硫酸銅水溶液加入樣品槽中，靜置5min后再進(jìn)行照射。照射1200s后，將樣品進(jìn)行檢測。
實施例6
分別用硝酸銅、氯化銅、溴化銅代替硫酸銅，其他條件同實施例5。實施例7
調(diào)試激光器，使激光的光路對準(zhǔn)樣品槽的入射面。用透鏡對光線聚焦，焦點的位置在樣品槽的中心。然后將激光的功率調(diào)至5mW，并將配制好的總濃度lOOmmol/L的氯金酸與氯鉬酸摩爾比1:1的水溶液加入樣品槽中，靜置5min后再進(jìn)行照射。照射3600s后，將樣品進(jìn)行檢測。氯金酸與氯鉬酸混合溶液經(jīng)過激光照射后形成的納米棒，如圖5所示。實施例8
分別用氯金酸鈉、氯金酸鉀、溴金酸、四溴金酸鈉、四溴金酸鉀、碘金酸、碘金酸鉀代替 氯金酸，同時分別用氯鉬酸鈉、氯鉬酸鉀、溴鉬酸、溴鉬酸鉀、溴鉬酸鉀、硫酸鉬、硝酸鉬代替氯鉬酸，前后兩種樣品可以任意對應(yīng)，(其他條件同實施例7。實施例9
用甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、四氫呋喃、DMF、DMAc或者水與上述溶劑任意體積比的混合溶劑代替實施例I到8中的水，其他條件同實施例I到8。
權(quán)利要求
1.一種飛秒激光制備金屬納米材料的方法，其特征在于直接用激光對準(zhǔn)金屬鹽溶液進(jìn)行照射，得到不同形貌的金屬納米材料；其中，激光照射的時間為f3600s，入射激光的平均功率為5 400mW，金屬鹽溶液的濃度為ImmoI/L ImoI/L。
2.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的飛秒激光制備金屬納米材料的方法，其特征在于所述的金屬鹽包括硝酸銀、醋酸銀、氯金酸、氯金酸鈉、氯金酸鉀、溴金酸、四溴金酸鈉、四溴金酸鉀、碘金酸、碘金酸鉀、氯鉬酸、氯鉬酸鈉、氯鉬酸鉀、溴鉬酸、溴鉬酸鉀、溴鉬酸鉀、硫酸鉬、硝酸鉬、硫酸銅、硝酸銅、氯化銅、溴化銅，以及氯金酸與氯鉬酸的任意摩爾比混合物。
3.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的飛秒激光制備金屬納米材料的方法，其特征在于所述金屬鹽溶液的溶劑包括水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、四氫呋喃、DMF、DMAc，以及，水與甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、四氫呋喃、DMF、DMAc中的一種或多種的任意體積比的混合。
4.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的飛秒激光制備金屬納米材料的方法，其特征在于所述金屬鹽溶液的濃度為KTlOOmmol/L。
5.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的飛秒激光制備金屬納米材料的方法，其特征在于所述的激光照射的時間為60(Tl200s。
6.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的飛秒激光制備金屬納米材料的方法，其特征在于所述的激光照射樣品的方法有光線通過透鏡聚焦后照射和直接照射兩種方法。
7.根據(jù)權(quán)利要求書I所述的飛秒激光制備金屬納米材料的方法，其特征在于所述的入射激光的平均功率為2(T50mW。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種飛秒激光制備金屬納米材料的方法，直接用激光對準(zhǔn)金屬鹽溶液進(jìn)行照射，得到不同形貌的金屬納米材料；其中，激光照射的時間為1~3600s，入射激光的平均功率為5~400mW，金屬鹽溶液的濃度為1mmol/L~1mol/L。本發(fā)明的工藝方法，簡單方便、無需添加任何還原劑或表面活性劑，且反應(yīng)條件簡單易控、環(huán)境友好。所制備的金屬納米材料形貌及尺寸可控，可應(yīng)用于催化、電化學(xué)、表面拉曼增強(qiáng)或生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
文檔編號B22F9/24GK102921961SQ201210502279
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月30日
發(fā)明者襲鍇, 王遠(yuǎn), 王力, 蔣天行, 詹鵬, 樊亞仙, 賈敘東 申請人:南京大學(xué)