專利名稱：在固體界面上形成直徑小于或等于5納米金屬或金屬合金量子點(diǎn)二維有序點(diǎn)陣的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于金屬或金屬合金納米量子點(diǎn)的有序排布領(lǐng)域，特別涉及金屬或金屬合金量子點(diǎn)的二維有序排布方法，以及該方法所用的裝置。
背景技術(shù)：
由于直徑小于10納米的量子點(diǎn)，大面積二維長程有序排布對將來的納米電子器件及超功能材料具有重要意義。在量子點(diǎn)排布中，將金屬量子點(diǎn)長程有序而又沒有空缺的大面積排布，是長程有序二維排布中的一個關(guān)鍵性技術(shù)。目前，已經(jīng)有很多方法用于二維排布。如量子點(diǎn)的沉積法(C.B Murray，，C.R Kagan，，M.G.Bawendi，，Science，1995，270，1335～1338)，毛細(xì)管力法(N.D.Denkov，O.D.Velev，P.A.Kralchevsky，& I.B.Ivanov，1993，Nature，361，26.)，電沉積法(M.Gieraig，P.Mulvancy，Langmuir，1993，9，3408～3413.T.Teranishi，，M Hosoe，.，T.Tanaka，& M.Miyake，J.Phys.Chem.B，1999，103，3818～3827.)，自組裝法以及有模板法(V.Santhanam，J.Liu，R.Agarwal，& R.P.Andres，2003，Langmuir 19，7881～7887.K.C.Grabar，R.G.Freeman，M.B.Hommer，& M.J.Natan，AnalyticalChemistry，1995，67，No.4，735～743.G.Schmid，& N.Beyer，2000，Eur.J.Inorg.Chem.835～837.)。以固體或者液體作為基板的二維排布已經(jīng)吸引了很多科學(xué)家以及研究者的興趣，將膠體溶液滴定在固體或者液體的界面上，待膠體溶液中的液體揮發(fā)后，量子點(diǎn)在固體或者液體界面上形成長程有序的二維超晶格已經(jīng)有很多文獻(xiàn)報道。如Lin et al.[15](X.M.Lin，H.M Jaeger，C.M Sorensen & K.J.Klabund，J.Phys.Chem.B，2001，105，No.17，3355～3357.)報道了一種長程有序的二維超晶格，她是將12硫醇與甲苯的金納米膠體溶液混合，將混合后的溶膠滴定在氮化硅界面上形成長程有序的二維超晶格。但她所用的金量子點(diǎn)的直徑是5.5納米，雖然形成長程有序的二維超晶格，但排布仍然沒有明顯的規(guī)律性且操作過程難于控制。而要用直徑小于或等于5納米的量子點(diǎn)在固體界面上排成一個微米平方以上二維超晶格的技術(shù)方案尚未見報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的是提供一種金屬或金屬合金量子點(diǎn)的二維有序排布方法。
本發(fā)明的另一目的是提供一種在固體界面上形成直徑小于或等于5納米金屬或金屬合金量子點(diǎn)二維有序點(diǎn)陣的方法，借助于“煙囪效應(yīng)”產(chǎn)生側(cè)面向心力作用，在固體界面上得到微米級長程有序的二維超晶格點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的再一目的是提供一種在固體界面上形成直徑小于或等于5納米金屬或金屬合金量子點(diǎn)二維有序點(diǎn)陣的方法所用的裝置。
本發(fā)明的方法是借助于抽氣管(“煙囪”)的側(cè)面向心力所產(chǎn)生的向心氣流，加速膠體液面的揮發(fā)速度，推動金屬或金屬合金量子點(diǎn)向固體界面的中心運(yùn)動并相互靠近，減少了有序規(guī)整排布結(jié)構(gòu)中的空洞，使得金屬或金屬合金量子點(diǎn)排布成微米級長程有序的二維超晶格。本發(fā)明的金屬或金屬合金量子點(diǎn)排布原理如圖7所示。
本發(fā)明的方法是一種利用簡單的“煙囪效應(yīng)”方法，在固體界面上得到了一個微米平方以上的長程有序的二維超晶格點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的方法規(guī)則是用“煙囪”的側(cè)面向心力來加速量子點(diǎn)與量子點(diǎn)的相互作用。本發(fā)明方法借助的裝置如圖1所示，該裝置是采用不同直徑、不同高度的抽氣管(如玻璃管)作為“煙囪”放在一個簡單的容器內(nèi)。最重要的是，本發(fā)明的方法可以控制量子點(diǎn)的二維排布，也就是，用同樣的量子點(diǎn)溶膠滴定在同樣的固體界面上，可以得到從分散無序排布到緊湊規(guī)整有序二維排布，甚至是有序多維排布。關(guān)于直徑大于5納米量子點(diǎn)排布面積超過一微米平方長程有序的二維點(diǎn)陣已經(jīng)有很多研究報道，但是，當(dāng)研究者們面對因直徑小于5納米量子點(diǎn)具有高能量，在排布時容易引起量子點(diǎn)聚集以及阻止量子點(diǎn)運(yùn)動而帶來的空洞時感到困難重重。超晶格中小的空洞將給納米器件帶來致命的錯誤。比如在納米芯片方面的應(yīng)用會因?yàn)槌Ц裰猩倭康陌呷笔沟糜?jì)算機(jī)不能正常運(yùn)作。中國專利號為98103527.2所公開的，在Langmuir trough外力作用下，利用推拉技術(shù)，使直徑為3nm納米的金量子點(diǎn)在空氣與水的界面上組裝成面積達(dá)一微米平方的致密有序二維結(jié)構(gòu)(X.Y.Chen，J.R.Li，& Jiang，L.Nanotechnology 2000，11，No.2，108～111)，但這種方法不能用在固體界面上，因?yàn)榱孔狱c(diǎn)與固體基底間的粘附力很難使量子點(diǎn)在基底上面運(yùn)動。在本發(fā)明的方法中，利用“煙囪”技術(shù)產(chǎn)生向心氣流，加速液滴表面上的有機(jī)物揮發(fā)速度，其側(cè)面力推動著量子點(diǎn)致密排布，而且有效的消除了空洞。為將來各種金屬量子點(diǎn)的二維排布提供了一種簡捷有效的方法。
本發(fā)明的特點(diǎn)是利用了簡單有效的“煙囪效應(yīng)”作為排布的有效技術(shù)。實(shí)驗(yàn)中所用的煙囪裝置是由直徑及高度不同的抽氣管(如玻璃管)組成的，抽氣管連接著一個容器。將含有直徑為2nm～5nm的金屬或金屬合金量子點(diǎn)的二甲苯膠體溶液滴在固體界面上(如鋪有碳膜的銅網(wǎng))，然后將其放在容器內(nèi)的樣品臺上(樣品臺的直徑比固體界面的直徑稍微大一些)，揮發(fā)一定時間后，將樣品取出，在室溫下自然晾干，然后，在透射電子顯微鏡下觀察排布效果。實(shí)驗(yàn)過程中，本發(fā)明設(shè)計(jì)的抽氣管(“煙囪”)恰好罩在固體界面上，使含樣品的固體界面恰好在抽氣管的正中間，這樣，在有機(jī)溶劑揮發(fā)過程中，空氣及有機(jī)溶劑蒸汽氣流能夠穿過抽氣管與樣品臺間的狹縫，產(chǎn)生向氣流，于是氣流推動量子點(diǎn)向固體界面的中心運(yùn)動，最終，使量子點(diǎn)排布成長程有序的二維超晶格點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明選用微量注射器將一定濃度的金屬或金屬合金量子點(diǎn)溶膠滴定在固體界面上，并且讓其放在有抽氣管的揮發(fā)裝置中慢慢揮發(fā)。在本發(fā)明的方法中考察了不同管徑長度、不同管徑以及揮發(fā)時間對量子點(diǎn)排布的影響。
本發(fā)明所用金屬或金屬合金量子點(diǎn)膠體濃度必須低于合適的濃度，以保證金屬或金屬合金量子點(diǎn)在有機(jī)溶劑揮發(fā)初期能在液滴表面更好的擴(kuò)散。
本發(fā)明考察了不同管長度對金屬或金屬合金量子點(diǎn)二維排布的影響，用直徑為1.5cm，管長分別為16cm、32cm的抽氣管來考察側(cè)力對排布的影響，結(jié)果表明，高一點(diǎn)的抽氣管具有更強(qiáng)的氣流，使二維排布更容易。
本發(fā)明考察了一定長度且不同管徑的抽氣管對金屬或金屬合金量子點(diǎn)二維排布的影響，抽氣管直徑分別為0.6cm，1cm，1.5cm，結(jié)果表明直徑小的抽氣管具有更強(qiáng)的氣流，使二維排布更容易。
本發(fā)明考察了將12-硫醇或16-硫醇涂覆在固體界面上后的疏水改性效果。
總之，本發(fā)明利用“煙囪效應(yīng)”對直徑為2nm～5nm的金屬或金屬合金量子點(diǎn)進(jìn)行有序排布，很容易得到一微米平方以上的二維長程有序超晶格，及多維超晶格。
當(dāng)然，為了得到長程有序的二維排布，首先應(yīng)該制備出單分散，不同粒徑的金屬或金屬合金量子點(diǎn)，在本發(fā)明中是選用反膠束法及熟化過程，制備出單分散，不同直徑的金屬或金屬合金量子點(diǎn)。
本發(fā)明在固體界面上形成直徑小于或等于5納米金屬或金屬合金量子點(diǎn)二維有序點(diǎn)陣的方法包括以下步驟(一)反膠束法合成金屬或金屬合金量子點(diǎn)為了得到長程有序金屬或金屬合金量子點(diǎn)的有序排布，必須具備兩個先決條件一.金屬或金屬合金量子點(diǎn)必須穩(wěn)定不聚集；二.金屬或金屬合金量子點(diǎn)應(yīng)該是單分散。本發(fā)明按照如下參考文獻(xiàn)所報道的方法，制備出了金屬或金屬合金量子點(diǎn)。
1.P.Lianos，and J.K.Thomas，，Chemical Physics Letters，1986，125，Issue 3，299～302。
2.P.Lianos，and J.K.Thomas，Chemical Physics Letters 1987，117，Chemical Physics Letters No.2，505～512。
(1).小顆粒量子點(diǎn)的制備過程----反膠束法合成金屬或金屬合金量子點(diǎn)。反膠束法合成金屬或金屬合金量子點(diǎn)是在室溫、常壓條件下完成的，所用溶劑毒性小，操作非常簡單。
(a)合成過程。首先，配制兩個反相膠束溶液。第一個反相膠束溶液為13ml正庚烷+2ml正丁醇+0.8gCTAB+0.3ml 0.1mol/L NaBH4(新鮮溶液)，磁力攪拌2分鐘，溶液為無色澄清透明膠體。第二個反膠束溶液為13ml正庚烷+2ml正丁醇+0.8gCTAB+0.3ml一定濃度金屬或合金量子點(diǎn)前身，磁力攪拌2分鐘，其次，在攪拌條件下，將第二個反膠束溶液倒入第一個反膠束溶液中，攪拌30分鐘即可。
(b)配體交換過程。為保證金屬或金屬合金量子點(diǎn)膠體在洗滌過程中不聚集，本發(fā)明人加入了少量硫醇(30ml溶液中加入硫醇0.18ml，硫醇與金屬或合金量子點(diǎn)前身摩爾比為15∶1)作為配體交換試劑，與保護(hù)劑CTAB相交換，由于CTAB的保護(hù)性是靠靜電吸附的，與化學(xué)鍵吸附的硫醇相比較，吸附能力非常弱，加入硫醇后，被硫醇交替下來。這個過程需要30分鐘。
(c)乙醇沉淀洗滌過程。往上述30ml膠體溶液中加入乙醇，乙醇的量為膠體溶液的7倍(體積比)，放置過夜，膠體顆粒沉積在溶液底層。倒掉上層液體，剩余的少量懸濁液用超速離心機(jī)以10000轉(zhuǎn)/秒離心，并用乙醇溶液洗滌至少5次。然后放在保溫箱內(nèi)將剩余的乙醇揮發(fā)干凈。得到尺寸分布寬的金屬或金屬合金量子點(diǎn)。
(2)小顆粒、窄分布量子點(diǎn)的制備過程。將步驟(1)得到的金屬或金屬合金量子點(diǎn)溶解在10ml二甲苯溶液中，然后轉(zhuǎn)移到25ml三口燒瓶中，加入3ml 12-硫醇，硅油油浴溫度保持在170℃，通入氮?dú)?，回?小時。最后得到單分散、穩(wěn)定、直徑小于或等于5納米的金屬或金屬合金量子點(diǎn)。
(二)、長程有序金屬或金屬合金量子點(diǎn)排布過程。
(1)將單分散、穩(wěn)定、直徑小于或等于5納米的金屬或金屬合金量子點(diǎn)的粉末加入到有機(jī)溶劑中，得到單分散、穩(wěn)定、直徑小于或等于5納米的金屬或金屬合金量子點(diǎn)的0.001～0.009Mol/L的膠體溶液，優(yōu)選濃度為0.00325Mol/L。
(2)將步驟(1)得到的膠體溶液滴在固體界面(如鋪有碳膜的200目銅網(wǎng)，其它)上，然后將其放在壁上開有小孔，且里面裝有有機(jī)溶劑的容器內(nèi)的樣品臺上，樣品臺的直徑比固體界面的直徑稍微大一些，(如樣品臺的直徑比銅網(wǎng)的直徑稍微大一些)，放置8～56小時，讓膠體溶液及容器中的有機(jī)溶劑經(jīng)樣品臺上方的抽氣管慢慢揮發(fā)；然后，將含有樣品的銅網(wǎng)取出，在室溫下自然晾干，得到單分散、穩(wěn)定、直徑小于或等于5納米的金屬或金屬合金量子點(diǎn)的二維或多維超晶格。在透射電子顯微鏡下觀察排布效果。
所述的固體界面上進(jìn)一步有12-硫醇或16-硫醇薄層，12-硫醇或16-硫醇的乙醇溶液的濃度為60～90mmol/ml。
所述的金屬或金屬合金量子點(diǎn)的直徑優(yōu)選為2nm～5nm。
所述的金屬量子點(diǎn)為金、銀、銅、鎳、鉑、鈷等金屬量子點(diǎn)，金屬合金量子點(diǎn)為鉑/鈷合金、鉑/鐵、鐵/鈷量子點(diǎn)等，另外還考察了三金屬量子點(diǎn)組成的二維排布。這個三金屬量子點(diǎn)是一種核殼結(jié)構(gòu)，即鉑/鐵為核，金為外殼。
所述的有機(jī)溶劑是甲苯、二甲苯、三氯甲烷、環(huán)己烷或者它們的任意混合物。
本發(fā)明的在固體界面上形成直徑小于或等于5納米金屬或金屬合金量子點(diǎn)二維有序點(diǎn)陣的方法的專用裝置如圖1所示，由抽氣管1、容器蓋2、容器3、固體界面5、樣品臺6和孔7組成。
一容器3，在容器3的上面有一帶管孔的容器蓋2，在容器蓋的管孔處有一插入容器中的抽氣管1；在抽氣管1的下方有一樣品臺6；在樣品臺6的上面安放有一固體界面5；一容器3，在容器3的壁上開有小孔7。所述的小孔7是開在與樣品臺6高度相同高的容器壁上。
所述的抽氣管1與樣品臺6之間有空隙。
在容器3里裝有有機(jī)溶劑，且有機(jī)溶劑的高度不超過樣品臺6的高度。
所述的抽氣管1(“煙囪”)的直徑為0.1cm～5cm。
所述的抽氣管1(“煙囪”)的長為8cm～60cm。
所述的抽氣管1(“煙囪”)可為粗細(xì)均勻的玻璃管。
所述的容器可為直徑為7cm的圓柱形封閉容器，其可用聚四氟乙烯材料制成。
所述的小孔7是對稱開的。
在本發(fā)明的方法中，所用抽氣管1(“煙囪”)的管子恰好罩在有樣品的固體界面上，使樣品被罩在“煙囪”的正中間，這樣，在有機(jī)溶劑的揮發(fā)過程中，空氣及有機(jī)溶劑蒸汽氣流能夠穿過“煙囪”與樣品臺間的狹縫，產(chǎn)生向心氣流，于是氣流推動量子點(diǎn)向心運(yùn)動，最終，使金屬或金屬合金量子點(diǎn)排布成微米級長程有序超晶格。
結(jié)果金量子點(diǎn)排成了規(guī)整有序而且非常漂亮的多維超晶格。圖3(c)所示。


圖1.本發(fā)明方法所用的金屬或金屬合金量子點(diǎn)排布裝置示意圖。
圖2(a)、圖2(b)、圖2(c).本發(fā)明實(shí)施例1是直徑為2納米金量子點(diǎn)膠體濃度對量子點(diǎn)排布影響的電鏡圖。
圖3.本發(fā)明實(shí)施例2是在沒有抽氣管，及有不同高度抽氣管的金量子點(diǎn)排布結(jié)果電鏡圖。(a)沒有抽氣管的2納米金量子點(diǎn)排布結(jié)果；(b)具有直徑為1.5cm，高為16cm抽氣管的2納米金量子點(diǎn)排布結(jié)果；(c)具有直徑為1.5cm，高為32cm抽氣管的2納米金量子點(diǎn)排布結(jié)果。有機(jī)溶劑揮發(fā)時間都均為12小時。
圖4.本發(fā)明實(shí)施例3用直徑為0.6cm，高為32cm抽氣管，考察有機(jī)溶劑不同揮發(fā)時間的電鏡圖，(a)有機(jī)溶劑揮發(fā)時間為12小時，(b)有機(jī)溶劑揮發(fā)時間為24小時，和(c)有機(jī)溶劑揮發(fā)時間為48小時。圖4(c)表明了多維排布，黑色部分為多維，明亮部分二維。
圖5.本發(fā)明實(shí)施例5用12-硫醇處理固體界面后，在直徑為0.6cm，高32cm抽氣管條件下，有機(jī)溶劑揮發(fā)24小時后，2納米鉑量子點(diǎn)排布電鏡圖(圖(b)為圖(a)的放大電鏡圖)。
圖6.本發(fā)明實(shí)施例5用12-硫醇處理固體界面后，在直徑為1.5cm，高56cm抽氣管條件下，有機(jī)溶劑揮發(fā)12小時后，2納米鉑量子點(diǎn)排布電鏡圖(圖(b)為圖(a)的放大電鏡圖)。
圖7.本發(fā)明金屬或金屬合金量子點(diǎn)排布原理示意圖。(a)樣品剛滴到固體界面上，(b)沒有抽氣管，(c)有抽氣管，(d)量子點(diǎn)間的作用速度大于量子點(diǎn)與固體界面的作用速度，(e)量子點(diǎn)間的作用速度小于量子點(diǎn)與固體界面的作用，(f)液體揮發(fā)過程，(g)抽氣管產(chǎn)生的空氣氣流。
附圖標(biāo)記1.抽氣管2.容器蓋3.容器4.有機(jī)溶劑5.固體界面 6.樣品臺7.小孔具體實(shí)施方式
實(shí)施例1.
請參見圖1。由抽氣管1、容器蓋2、容器3、固體界面5、樣品臺6和孔7組成的用于本發(fā)明的專用裝置。
在用聚四氟乙烯材料制成的直徑為7cm圓柱形的封閉容器3的上面有一帶不同管孔的蓋2，其蓋也是由聚四氟乙烯材料制成，在容器蓋的管孔處有一插入容器中的直徑為0.6cm的玻璃抽氣管1，粗細(xì)均勻的玻璃管長為16cm；在抽氣管1的下方有一由聚四氟乙烯材料制成的樣品臺6(直徑略小于玻璃抽氣管1的直徑)，所述的抽氣管1與樣品臺6之間有空隙(便于空氣進(jìn)入)。在樣品臺6的上面安放有一鋪有碳膜的200目銅網(wǎng)的固體界面5；在容器3的壁上開有6個對稱的0.5mm的小孔7。且小孔7是開在與樣品臺6高度相同高的容器壁上。在容器3里裝有有機(jī)溶劑4，且有機(jī)溶劑的高度不超過樣品臺6的高度。
“煙囪效應(yīng)”條件下濃度對排布的影響用微量注射器將0.3μl直徑為2納米金量子點(diǎn)的二甲苯溶膠，濃度分別為0.00163mol/L、0.00325mol/L以及0.0065mol/L滴定在鋪有碳膜的200目銅網(wǎng)上，然后，將含有樣品的銅網(wǎng)放在前述裝置中的樣品臺上，(樣品臺的直徑比銅網(wǎng)的直徑稍微大一些)，容器中裝有二甲苯溶劑，且高度不超過樣品臺6的高度。用直徑為0.6cm，高16cm的玻璃管作“煙囪”，恰好將銅網(wǎng)罩住，并使銅網(wǎng)位于“煙囪”的中央，讓膠體溶液及容器中的二甲苯溶劑經(jīng)樣品臺上方的抽氣管慢慢揮發(fā)，并不斷從容器壁上的小孔補(bǔ)充空氣。24小時后取出含有樣品的銅網(wǎng)，并在室溫下自然晾干。透射電鏡結(jié)果顯示，直徑為2nm的金量子點(diǎn)在“煙囪效應(yīng)”條件下，出現(xiàn)漂亮的二維排布及多維排布，而且發(fā)現(xiàn)，濃度為0.00325mol/L的金量子點(diǎn)，在“煙囪效應(yīng)”的條件下，對二維金量子點(diǎn)排布有利，如圖2(b)。濃度為0.0065mol/L的金量子點(diǎn)，在“煙囪效應(yīng)”的條件下對多維金量子點(diǎn)排布有利，如圖2(c)所示。
實(shí)施例2.
裝置如實(shí)施例1。
無“煙囪效應(yīng)”以及有“煙囪效應(yīng)”條件下“煙囪”高度對量子點(diǎn)排布的影響用微量注射器將0.3μl濃度為0.00325mol/L的直徑為2nm金量子點(diǎn)的二甲苯溶膠分別滴定在3個鋪有碳膜的200目銅網(wǎng)上，一個在空氣中自然揮發(fā)，另兩個分別放在前述裝置中的樣品臺上，(樣品臺的直徑比銅網(wǎng)的直徑稍微大一些)，容器中裝有二甲苯溶劑，且高度不超過樣品臺6的高度?！盁焽琛敝睆綖?.5cm，高度分別16cm、為32cm，并且“煙囪”恰好將銅網(wǎng)罩住，并使銅網(wǎng)位于“煙囪”的中央，讓膠體溶液及容器中的二甲苯溶劑經(jīng)樣品臺上方的抽氣管慢慢揮發(fā)，并不斷從容器壁上的小孔補(bǔ)充空氣。一定時間后取出含有樣品的銅網(wǎng)，并在室溫下自然晾干。透射電鏡結(jié)果顯示，直徑為2nm的金量子點(diǎn)自然揮發(fā)(無“煙囪效應(yīng)”)得到無序量子點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)，如圖3(a)所示。而含直徑為2nm的金量子點(diǎn)二甲苯溶膠的銅網(wǎng)放在直徑為1.5cm，高為16cm的“煙囪”裝置內(nèi)揮發(fā)12小時后，結(jié)果得到局部排布的金量子點(diǎn)陣超晶格，如圖3(b)所示。更奇妙的是，含樣品(直徑為2nm的金量子點(diǎn)二甲苯溶膠)的銅網(wǎng)若放在直徑為1.5cm，高為32cm的“煙囪”裝置內(nèi)揮發(fā)12小時后，結(jié)果金量子點(diǎn)排成了規(guī)整有序而且非常漂亮的多維超晶格。圖3(c)所示。
實(shí)施例3.
裝置如實(shí)施例1。
“煙囪效應(yīng)”條件下?lián)]發(fā)時間對排布影響用微量注射器將0.3μl濃度為0.00325mol/L的直徑為2nm金量子點(diǎn)的二甲苯溶膠分別滴定在3個鋪有碳膜的200目銅網(wǎng)上，分別放在前述裝置中的樣品臺上，(樣品臺的直徑比銅網(wǎng)的直徑稍微大一些)，容器中裝有二甲苯溶劑，且高度不超過樣品臺6的高度。用直徑為0.6cm，高度為32cm的玻璃管作“煙囪”，恰好將銅網(wǎng)罩住，并使銅網(wǎng)位于“煙囪”的中央，讓膠體溶液及容器中的二甲苯溶劑經(jīng)樣品臺上方的抽氣管慢慢揮發(fā)，并不斷從容器壁上的小孔補(bǔ)充空氣。分別在12小時、24小時、48小時后取出含有樣品的銅網(wǎng)，并在室溫下自然晾干。透射電鏡結(jié)果顯示，隨著時間的延長，“煙囪”效應(yīng)越明顯，金量子點(diǎn)排布由二維排布向多維排布轉(zhuǎn)化。二維排布如圖4(a)所示。三維排布如圖4(b)所示，多維排布如圖4(c)所示，黑色部分為多維，明亮部分二維。
實(shí)施例4.
裝置如實(shí)施例1。
“煙囪效應(yīng)”條件下對直徑為5nm核殼型(Fe/pt為核，金為殼)三金屬量子點(diǎn)排布用微量注射器將0.3μl濃度為0.00325mol/L直徑為5nm核殼型三金屬量子點(diǎn)(Fe/pt為核金為殼)的甲苯溶膠滴定在鋪有碳膜的200目銅網(wǎng)上，然后放在前述裝置中的樣品臺上，(樣品臺的直徑比銅網(wǎng)的直徑稍微大一些)，容器中裝有環(huán)己烷溶劑，且高度不超過樣品臺6的高度。用直徑為0.6cm、高為32cm的玻璃管作“煙囪”，恰好將銅網(wǎng)罩住，并使銅網(wǎng)位于“煙囪”的中央，讓膠體溶液及容器中的環(huán)己烷溶劑經(jīng)樣品臺上方的抽氣管慢慢揮發(fā)，并不斷從容器壁上的小孔補(bǔ)充空氣。24時間后取出含有樣品的銅網(wǎng)，并在室溫下自然晾干。透射電鏡結(jié)果顯示，直徑為5nm核殼型(Fe/pt為核金為殼)三金屬量子點(diǎn)在直徑為0.6cm、高為32cm的玻璃管作“煙囪”裝置內(nèi)揮發(fā)24小時，結(jié)果排成了規(guī)整有序非常漂亮的面積超過一微米平方的多維超晶格。
實(shí)施例5.
裝置如實(shí)施例1。
“煙囪效應(yīng)”條件下硫醇對固體界面改性后對排布影響12-硫醇改性固體界面，“煙囪效應(yīng)”更明顯，而且得到大面積長程有序美觀好看二維、多維超晶格。用微量注射器將5ul濃度為80mmol/ml 12-硫醇的乙醇溶液滴到鋪有碳膜的銅網(wǎng)上，將其自然晾干，然后，用微量注射器將0.3μl濃度為0.00325mol/L，且直徑為2nm鉑的二甲苯溶膠滴定在改性過的200目銅網(wǎng)上，將含樣品的銅網(wǎng)放在前述裝置中的樣品臺上，(樣品臺的直徑比銅網(wǎng)的直徑稍微大一些)，容器中裝有二甲苯溶劑，且高度不超過樣品臺6的高度。直徑為0.6cm、高為32cm的玻璃管作“煙囪”，恰好將銅網(wǎng)罩住，并使銅網(wǎng)位于“煙囪”的中央，讓膠體溶液及容器中的二甲苯溶劑經(jīng)樣品臺上方的抽氣管慢慢揮發(fā)，并不斷從容器壁上的小孔補(bǔ)充空氣，二甲苯溶劑揮發(fā)24小時，結(jié)果，可以得到大面積長程有序二維超晶格。如圖5(a)、圖5(b)所示，其中圖5(b)是圖5(a)的放大圖；或者用直徑為1.5cm，高56cm的玻璃管作“煙囪”，二甲苯溶劑揮發(fā)12小時，然后取出含有樣品的銅網(wǎng)，在室溫下自然晾干，得到了長程有序美觀規(guī)整的多為超晶格。至今文獻(xiàn)上沒見報道。如圖6(a)、圖6(b)所示，其中圖6(b)是圖6(a)的放大圖。
權(quán)利要求
1.一種在固體界面上形成直徑小于或等于5納米金屬或金屬合金量子點(diǎn)二維有序點(diǎn)陣的方法，其特征是(1)將單分散、穩(wěn)定、直徑小于或等于5納米的金屬或金屬合金量子點(diǎn)的粉末加入到有機(jī)溶劑中，得到單分散、穩(wěn)定、直徑小于或等于5納米的金屬或金屬合金量子點(diǎn)的0.001～0.009Mol/L的膠體溶液；(2)將步驟(1)得到的膠體溶液滴在固體界面上，然后將其放置在壁上開有小孔，且里面裝有有機(jī)溶劑的容器內(nèi)的樣品臺上，讓膠體溶液及容器中的有機(jī)溶劑經(jīng)樣品臺上方的抽氣管慢慢揮發(fā)；然后，將樣品取出，在室溫下自然晾干，得到單分散、穩(wěn)定、直徑小于或等于5納米的金屬或金屬合金量子點(diǎn)的二維或多維超晶格。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的單分散、穩(wěn)定、直徑小于或等于5納米的金屬或金屬合金量子點(diǎn)的膠體溶液濃度為0.00325Mol/L。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是所述的金屬或金屬合金量子點(diǎn)的直徑為2nm～5nm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征是所述的金屬量子點(diǎn)選自金、銀、銅、鎳、鉑、鈷金屬量子點(diǎn)中的一種；金屬合金量子點(diǎn)選自鉑/鈷合金、鉑/鐵或鐵/鈷量子點(diǎn)中的一種；或選自以鉑/鐵為核，金為外殼的金屬合金量子點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征是所述的金屬量子點(diǎn)選自金、銀、銅、鎳、鉑、鈷金屬量子點(diǎn)中的一種；金屬合金量子點(diǎn)選自鉑/鈷合金、鉑/鐵或鐵/鈷量子點(diǎn)中的一種；或選自以鉑/鐵為核，金為外殼的金屬合金量子點(diǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的有機(jī)溶劑的揮發(fā)時間是8～56小時。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或6所述的方法，其特征是所述的有機(jī)溶劑是甲苯、二甲苯、三氯甲烷、環(huán)己烷或它們的任意混合物。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的固體界面上有12-硫醇或16-硫醇薄層。
9.一種根據(jù)權(quán)利要求1～8任一項(xiàng)所述的方法的專用裝置，該裝置由抽氣管(1)、容器蓋(2)、容器(3)、固體界面(5)、樣品臺(6)和小孔(7)組成，其特征是一容器(3)，在容器(3)的上面有一帶管孔的容器蓋(2)，在容器蓋的管孔處有一插入容器中的抽氣管(1)；在抽氣管(1)的下方有一樣品臺(6)；在樣品臺(6)的上面安放有一固體界面(5)，所述的抽氣管(1)與樣品臺(6)之間有空隙；一容器(3)，在容器(3)的壁上開有小孔(7)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置，其特征是所述的小孔(7)是開在與樣品臺(6)高度相同高的容器壁上，且小孔(7)是對稱開的。
全文摘要
本發(fā)明屬于金屬或金屬合金納米量子點(diǎn)的有序排布領(lǐng)域，特別涉及金屬或金屬合金量子點(diǎn)的二維有序排布方法，以及該方法所用的裝置。本發(fā)明方法借助的裝置(“煙囪”)如圖1所示，該裝置是采用不同直徑、不同高度的玻璃管作為“煙囪”放在一個簡單的蒸發(fā)容器內(nèi)。本發(fā)明的方法是借助于“煙囪”的側(cè)面向心力所產(chǎn)生的向心空氣氣流，將具有一定濃度的金屬及合金屬溶膠滴定在鋪有碳膜的銅網(wǎng)上，讓其在有“煙囪”的裝置中慢慢揮發(fā)，推動金屬或金屬合金量子點(diǎn)向固體界面的中心運(yùn)動并相互靠近，減少了有序規(guī)整排布結(jié)構(gòu)中的空穴，使得金屬或金屬合金量子點(diǎn)組裝成微米級長程有序的二維超晶格。
文檔編號B82B3/00GK1884041SQ200510011968
公開日2006年12月27日 申請日期2005年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月20日
發(fā)明者李津如, 付云芝, 江龍 申請人:中國科學(xué)院化學(xué)研究所