一種金屬納米粒子有序微結(jié)構(gòu)的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及由金屬納米粒子構(gòu)成的有序微結(jié)構(gòu)的制備方法，特別是一種利用皮秒 激光沉積與置換反應(yīng)相結(jié)合制備由金屬納米粒子構(gòu)成的有序微結(jié)構(gòu)的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 金屬納米粒子由于其小尺寸而表現(xiàn)出其相應(yīng)體材料不同的電學(xué)、光學(xué)、磁學(xué)和催 化等物理化學(xué)性質(zhì)，使得其在催化、非線性光學(xué)、電子設(shè)備、生物傳感等方面具有重要的應(yīng) 用，特別是有序納米材料，對納米科技具有重要意義，如構(gòu)筑納米電子電路等。目前，常規(guī) 的金屬薄膜有序微結(jié)構(gòu)的制備方法包括電子束光刻W及納秒脈沖激光直寫等方法，然而均 存在比較明顯的不足之處，例如，光刻技術(shù)由于工藝流程多而且使用光刻膠，所W既耗時又 非常昂貴，尤其對于亞微米特征尺寸的微結(jié)構(gòu)更是如此；而皮秒激光直寫技術(shù)由于有烙化 過程出現(xiàn)，因此使得加工精度、加工質(zhì)量都受到顯著影響。對于W上存在的問題，專利文獻(xiàn) CN1448755A公開了 "一種飛秒激光在金屬薄膜上制備周期性微結(jié)構(gòu)的方法"，采用的方法是 將飛秒激光器發(fā)出的一束光分成兩束，經(jīng)透鏡聚焦實(shí)現(xiàn)時間和空間上的相干迭加，并使之 作用于沉積在石英、普通玻璃或娃基體上的金屬薄膜，產(chǎn)生周期性微結(jié)構(gòu)。雖然該方法制備 了周期性微結(jié)構(gòu)，但是存在原料使用比較昂貴，比如金和銷的使用，并且采用本方法制備周 期性微結(jié)構(gòu)W后，剩余的金屬薄膜不能被有效的利用，對一些昂貴的金屬使用的成本會加 倍增加。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 作為各種廣泛且細(xì)致的研究和實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，采用皮秒 激光超精細(xì)加工W及金屬置換反應(yīng)的原理，提供一種利用還原電位較低金屬置換還原電位 較高的金屬，從而得到由金屬納米粒子構(gòu)成的有序微結(jié)構(gòu)的方法?；谶\(yùn)種發(fā)現(xiàn)，完成了本 發(fā)明。
[0004] 本發(fā)明的一個目的是解決至少上述問題和/或缺陷，并提供至少后面將說明的優(yōu) 點(diǎn)。 陽〇化]為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的運(yùn)些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種金屬納米粒子有序微結(jié) 構(gòu)的制備方法，包括W下步驟：
[0006] 步驟一、將一透明基體分別用純凈水、洗涂劑、丙酬和乙醇超聲清洗5~lOmin，然 后用純度為99. 9%的高壓氮?dú)獯蹈桑?br>[0007] 步驟二、采用鍛膜工藝，在所述透明基體的表面制備一層金屬薄膜，所述金屬薄膜 厚度為50~SOnm;
[0008] 步驟=、取一接收基體放置在計(jì)算機(jī)控制的=維移動平臺上，將所述透明基體的 沉積有金屬薄膜的一面與所訴接收基體相接觸，同時采用分束片將皮秒激光器發(fā)出的光 束W1 :1的比例分成兩束，然后用兩個聚焦透鏡將兩束光聚焦，并使之作用于所述透明基 體的另一面對金屬薄膜進(jìn)行福照，在計(jì)算機(jī)程序的控制下，在接受基體上沉積有序的微結(jié) 構(gòu)；
[0009] 步驟四、將沉積有有序微結(jié)構(gòu)的接收基體加入到濃度為0. 5~3X10 5m〇l/L的含 AuC] 的化合物或含？托：1自-的化合物溶液中，在20~100°(：下，攬拌至溶液顏色發(fā)生變化 時停止反應(yīng)，將接收基體用乙醇沖洗3~5次，然后烘干，即在接收基體表面得到金或銷納 米粒子有序微結(jié)構(gòu)。
[0010] 優(yōu)選的是，所述步驟一中超聲清洗的超聲頻率為20~30KHZ、功率為700~ 1000 Wo
[0011] 優(yōu)選的是，所述步驟二中的鍛膜工藝為化學(xué)氣相沉積、磁控瓣射、熱蒸鍛、電子束 蒸鍛工藝中的一種。
[0012] 優(yōu)選的是，所述磁控瓣射工藝的工作條件為：首先將磁控瓣射儀抽真空至小于 5Pa，然后開分子累，50min后開高真空計(jì)，查看瓣射真空腔內(nèi)真空度，直至瓣射真空腔內(nèi)真 空度至小于4X10 4Pa;采用體積比為100 : 1的氣氣和氧氣為本底氣體，將透明基片放置 在將要瓣射的介質(zhì)祀材上方，然后打開本底氣體閥口開關(guān)W100毫升/分鐘的通入量向腔 內(nèi)充體積比為100 : 1的氣氣和氧氣，同時調(diào)節(jié)磁控瓣射儀閩板閥至工作氣壓為1.2Pa，接 著打開射頻電源，調(diào)節(jié)至祀材瓣射所需功率150W，透明基片溫度25°C，瓣射20~50min，得 到金屬薄膜。
[0013] 優(yōu)選的是，所述電子束蒸鍛工藝的工作條件為：將金屬膜料放到電子束蒸發(fā)設(shè) 備的相蝸中，將透明基片放到電子束蒸發(fā)設(shè)備的加熱電爐上，使透明基片位于相蝸正上方 25cm處；在真空度為5X10中a下鍛膜，透明基片溫度控制在50~80°C，調(diào)節(jié)電子束使其 聚焦到金屬膜料上的斑點(diǎn)最小，控制束流值在80mA，蒸發(fā)速率為化5A/S，沉積時間為30~ 60min，得到金屬薄膜。
[0014] 優(yōu)選的是，所述金屬薄膜為侶薄膜、銅薄膜、銀薄膜、鋒薄膜中的一種；所述透明基 體和接收基體均為石英、普通玻璃、娃基體中的一種，具體可采用載玻片。
[0015] 優(yōu)選的是，所述步驟=中皮秒激光器的工作參數(shù)為：脈寬10~I(K)PS,波長500~ 1200皿，脈沖頻率1-500曲Z。
[0016] 優(yōu)選的是，所述含AuC1.4的化合物溶液的配制采用的溶劑為去離子水和/或乙 醇；所述含PtCli的化合物溶液的配制采用的溶劑為去離子水和/或乙醇。
[0017] 優(yōu)選的是，所述含AuCU的化合物溶液為氯金酸溶液；所述含口1〇自^的化合物溶 液為氯銷酸溶液。
[0018] 優(yōu)選的是，所述步驟=中兩束光束的直徑分別為4mm，兩束光束的夾角為30°~ 90° ;兩個聚焦透鏡的焦距均為120mm。
[0019] 本發(fā)明可采用直接在透明基體沉積一層金屬（侶、鋒或銅）薄膜，取一接收基體 放置在計(jì)算機(jī)控制的=維移動平臺上，將沉積有薄膜的一面與接收基體相接觸，可W直接 采用皮秒激光從沒有薄膜的一面福照，激光瞬間加熱作用產(chǎn)生的壓力驅(qū)動福照區(qū)的薄膜蒸 發(fā)到與其近乎接觸的接受基體上，蒸發(fā)的金屬迅速重新固化從而沉積到接受基體上，如圖2 所示。
[0020] 本發(fā)明至少包括W下有益效果：
[0021] (1)采用金屬置換反應(yīng)的原理，提供一種利用還原電位較低金屬置換還原電位較 高的金屬，從而得到由金屬納米粒子構(gòu)成的有序微結(jié)構(gòu)的方法，采用化學(xué)方法，只需根據(jù)需 求加入適量的含AuCb的化合物溶液或含的化合物溶液，即可通過置換反應(yīng)制備 金納米有序結(jié)構(gòu)和銷納米有序結(jié)構(gòu)，節(jié)約了原材料的使用，不用使用整個金膜或銷膜進(jìn)行 沉積，不存在剩余的金屬薄膜不能被有效的利用的問題；
[0022] (2)皮秒激光可在極短的時域內(nèi)與材料相互作用，激光脈沖與金屬薄膜的作用時 間小于電子冷卻時間和晶格加熱時間，因而不會產(chǎn)生烙化過程，所W可W取得亞微米的加 工精度。
[0023] (3)本方法利用皮秒激光脈沖，在實(shí)現(xiàn)空間和時間上的相干后，誘導(dǎo)周期微結(jié)構(gòu)， 而不是采用光刻的流程去制備，因而制備工藝和方法簡單、效率高，可獲得500nmW下線寬 的有序微結(jié)構(gòu)，本方法制備的金屬納米材料可用作非線性光學(xué)材料、催化材料、化學(xué)傳感器 W及納米材料電路等。
[0024] 本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過下面的說明體現(xiàn)，部分還將通過對本 發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。
【附圖說明】：
[0025] 圖1為本發(fā)明采用皮秒激光的相干光束在金屬薄膜上制備有序微結(jié)構(gòu)的方法的 不意圖；
[00%]圖2為本發(fā)明皮秒激光在金屬薄膜上制備有序微結(jié)構(gòu)的方法的示意圖；
[0027] 圖3為本發(fā)明實(shí)施例1制備金納米粒子有序微結(jié)構(gòu)的吸收光譜圖。
【具體實(shí)施方式】：
[0028] 下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說明，W令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說明書文 字能夠據(jù)W實(shí)施。
[0029] 應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如"具有"、"包含"W及"包括"術(shù)語并不配出一個或多 個其它元件或其組合的存在或添加。 陽030] 實(shí)施例1 :
[0031] 一種金納米粒子有序微結(jié)構(gòu)的制備方法，包括W下步驟：
[0032] 步驟一、將一透明基體分別用純凈水、洗涂劑、丙酬和乙醇超聲清洗lOmi