一種液相激光燒蝕法制備高純抗氧化賤金屬納米顆粒的方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于納米材料制備技術領域，具體涉及一種液相激光燒蝕法制備高純抗氧化賤金屬納米顆粒的方法。
【背景技術】
[0002]金屬納米顆粒具有特別的性質，如對特定光吸收的增強，產生局部等離子共振效應等等，可用于催化、光探測器增強、生物標記、信息存儲和表面增強拉曼散射等領域。金屬納米顆粒制備方法的研究多集中于金銀等貴金屬，通常選擇不同的保護成分(水溶聚合物、長鏈胺等)，多種貴金屬鹽作為反應的前驅體，利用合適的還原劑以及反應環(huán)境，以氣相環(huán)境和液相環(huán)境為主，來制備貴金屬納米顆粒。李文綺等人以氯鉑酸、氯化鎳、三氯化鐵為源通過化學還原法合成了 Pt/Ni/Fe三金屬納米顆粒，此材料具有較好的催化活性，但因制備原料復雜，所需步驟多，限制了材料的量產(李文綺，趙萬國，周興贊等.Pt/Ni/Fe三金屬納米顆粒的制備及催化制氫活性[J].高等學校化學學報，2014，35 (10): 2164-2169.)。
[0003]常見的賤金屬易氧化，制備賤金屬納米顆粒具有一定的難度。李曉杰等人以硝酸鐵、硝酸鎳為前驅體，丙酮為碳源通過爆炸法制備碳包裹金屬顆粒，該方法操作復雜，危險性高，且產物雜質多，不利于投入應用(李曉杰，羅寧，閆鴻浩等.爆轟法制備碳包覆鐵鎳合金納米顆粒及其表征[J].稀有金屬材料與工程，2010)抗氧化性是納米金屬顆粒尤其是賤金屬納米顆粒不可缺少的一個性質，具有抗氧化性的賤金屬納米顆?？蓱糜诠馓綔y器增強、表面增強拉曼等技術領域。
[0004]液相激光燒蝕法具有范圍可控，產物純度高，操作簡單，環(huán)保等特點(張和民.基于液相激光燒蝕技術新型環(huán)境納米材料的制備及其應用基礎研究[D].中國科學院研究生院，2011.)。液相激光燒蝕的主要原理是利用具有一定能量的特定波段脈沖激光聚焦在靶材表面，產生高溫高壓環(huán)境熔融靶材，在靶材液固界面中產生等離子體宇輝，形成一個高溫高壓的環(huán)境，利于產物的形成，隨著激光的脈沖波段反應，在液相環(huán)境中形成納米顆粒產物。

【發(fā)明內容】

[0005]為了解決上述現(xiàn)有技術中存在的不足，本發(fā)明提供了一種普適、快速的制備抗氧化賤金屬納米顆粒的方法，利用液相激光燒蝕的方法在液相環(huán)境中制備抗氧化賤金屬納米顆粒。本發(fā)明方法制備的賤金屬納米顆粒粒徑小，粒徑分布窄，單分散性好且具有抗氧化碳包裹層。
[0006]本發(fā)明的技術方案如下:一種液相激光燒蝕法制備高純抗氧化賤金屬納米顆粒的方法，包括如下步驟:
[0007]首先將賤金屬靶材置于有機溶劑中，攪拌下持續(xù)通入惰性氣體，然后將脈沖激光光束聚焦于賤金屬靶材表面進行燒蝕，即可得到具有碳包裹層的抗氧化賤金屬納米顆粒。
[0008]所述賤金屬靶材選自鋁、錳、鐵、鎳、鉻和錫高純靶中的一種，靶材的純度為質量含量在99%以上。
[0009]所述的脈沖激光光束的波長為1064nm，脈寬為10ns，能量為101_300mJ，頻率為1Hz ο
[0010]所述有機溶劑可選自甲醇、乙醇和正己烷中的一種或兩種。
[0011]所述有機溶劑的上表面與賤金屬靶材表面的距離為5-10毫米。
[0012]所述的燒蝕時間為20-40分鐘。
[0013]本發(fā)明方法制備的抗氧化賤金屬納米顆?？梢詰糜诩{米器件的構建、光探測器增強、表面增強拉曼、生物標記等領域。鋁金屬納米顆粒可以用于增強深紫外光的探測信號，以及用于研究金屬表面等離子體性質。
[0014]本發(fā)明的原理是:在脈沖激光光束聚焦產生的高溫高壓環(huán)境中，有機溶劑發(fā)生分級形成碳物質包裹于生成的賤金屬納米顆粒上，可以起到防氧化的作用，使得制備的賤金屬納米顆粒具有抗氧化性。
[0015]本發(fā)明在有機溶劑中利用液相激光燒蝕方法制備出了具有抗氧化特性的賤金屬納米顆粒，該方法操作簡單，成本低廉，對環(huán)境友好無污染，無苛刻的操作環(huán)境要求，可在常溫常壓環(huán)境下實現(xiàn)賤金屬納米顆粒的制備。與現(xiàn)有的傳統(tǒng)化學合成技術相比，具有分散性好，無污染，無毒性的優(yōu)點。
【附圖說明】
[0016]圖1為本發(fā)明使用的設備結構示意圖。
[0017]圖2為實施例1所得的抗氧化鉻金屬納米顆粒的場發(fā)射電鏡照片圖。
[0018]圖3為實施例2所得的抗氧化鐵金屬納米顆粒的場發(fā)射電鏡照片圖。
[0019]圖4為實施例3所得的抗氧化錳金屬納米顆粒的紫外可見吸收圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0021]如圖1所示，本發(fā)明的制備設備包括了激光器I (采用Nd:YAG激光發(fā)生器，波長1064nm，脈寬10ns，頻率1Hz)、全反射鏡2、聚焦透鏡3 (焦距300mm)、石英容器4、有機溶劑5、賤金屬革E材6。
[0022]實施例1
[0023]步驟1、選擇高純度的Cr金屬革E材作為原料；
[0024]步驟2、分別使用500#、1200#,2500#的砂紙對Cr金屬靶材進行反復打磨，以去除可能存在的表層氧化物，并保持靶材表面的平整與光滑；
[0025]步驟3、配制體積比為1:1甲醇與乙醇混合溶液作為制備的液體環(huán)境，并用配制好的溶液對靶材進行超聲清洗去除雜質；
[0026]步驟4、將靶材放入石英容器中并加入甲醇和乙醇混合溶液，使混合溶液的上表面與賤金屬靶材表面的距離為5毫米，并開始往容器中不斷通入惰性保護氣體以去除氧氣；
[0027]步驟5、反復進行對焦，并選擇1lmJ激光能量對革E材進行激光燒蝕20min，并同時進行磁力攪拌。之后即可得到具有碳包裹保護層的抗氧化Cr金屬納米顆粒。
[0028]掃描電子顯微鏡下觀察制備得到的抗氧化Cr金屬納米顆粒，結果如圖2所示。
[0029]實施例2
[0030]步驟1、選擇高純度的Fe金屬革E材作為原料；
[0031]步驟2、分別使用500#、1200#,2500#的砂紙對Fe金屬靶材進行反復打磨，以去除可能存在的表層氧化物，并保持靶材表面的平整與光滑；
[0032]步驟3、配制正己烷溶液作為制備的液體環(huán)境，并用配制好的溶液對靶材進行超聲清洗去除雜質；
[0033]步驟4、將靶材放入石英容器中并加入正己烷，使混合溶液的上表面與賤金屬靶材表面的距離為10毫米，并開始往容器中不斷通入惰性保護氣體以去除氧氣；
[0034]步驟5、反復進行對焦，并選擇300mJ激光能量對革E材進行激光燒蝕30min，并同時進行磁力攪拌。之后即可得到具有碳包裹保護層的抗氧化Fe金屬納米顆粒。
[0035]掃描電子顯微鏡下觀察制備得到的抗氧化Fe金屬納米顆粒，結果如圖3所示。
[0036]實施例3
[0037]步驟1、選擇高純度的Mn金屬革E材作為原料；
[0038]步驟2、分別使用500#、1200#,2500#的砂紙對Mn金屬靶材進行反復打磨，以去除可能存在的表層氧化物，并保持靶材表面的平整與光滑；
[0039]步驟3、配制正庚烷溶液作為制備的液體環(huán)境，并用配制好的溶液對靶材進行超聲清洗去除雜質；
[0040]步驟4、將靶材放入石英容器中并加入正己燒，并開始往容器中不斷通入惰性保護氣體以去除氧氣；
[0041]步驟5、反復進行對焦，并選擇233mJ激光能量對革E材進行激光燒蝕40min，并同時進行磁力攪拌。之后即可得到具有碳包裹保護層的抗氧化Mn金屬納米顆粒。
[0042]圖4為制備得到的抗氧化錳金屬納米顆粒的紫外可見吸收圖，圖中，276nm處為錳的吸收峰，22 Inm處為碳包裹層的吸收峰。
【主權項】
1.一種液相激光燒蝕法制備高純抗氧化賤金屬納米顆粒的方法，特征在于，包括如下步驟: 首先將賤金屬靶材置于有機溶劑中，攪拌下持續(xù)通入惰性氣體，然后將脈沖激光光束聚焦于賤金屬靶材表面進行燒蝕，即可得到具有碳包裹層的抗氧化賤金屬納米顆粒。2.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，特征在于，所述的賤金屬靶材選自鋁、錳、鐵、鎳、鉻和錫高純靶中的一種。3.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，特征在于，所述的脈沖激光光束的波長為1064nm，脈寬為10ns，能量為101-300mJ，頻率為1Hz。4.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，特征在于，所述的有機溶劑選自甲醇、乙醇和正己烷中的一種或兩種。5.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，特征在于，所述的有機溶劑的上表面與賤金屬靶材表面的距離為5-10毫米。6.根據(jù)權利要求1所述的制備方法，特征在于，所述的燒蝕時間為20-40分鐘。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種普適、快速的制備抗氧化賤金屬納米顆粒的方法，利用液相激光燒蝕的方法在液相環(huán)境中制備抗氧化賤金屬納米顆粒。首先將賤金屬靶材置于有機溶劑中，攪拌下持續(xù)通入惰性氣體，然后將脈沖激光光束聚焦于賤金屬靶材表面進行燒蝕，即可得到具有碳包裹層的抗氧化賤金屬納米顆粒。本發(fā)明方法制備的賤金屬納米顆粒粒徑小，粒徑分布窄，單分散性好且具有抗氧化碳包裹層。該方法操作簡單，成本低廉，對環(huán)境友好無污染，無苛刻的操作環(huán)境要求，可在常溫常壓環(huán)境下實現(xiàn)賤金屬納米顆粒的制備，在納米器件的構建、光探測器增強、表面增強拉曼、生物標記等領域具有廣闊的應用前景。
【IPC分類】B22F9/06, B82Y40/00
【公開號】CN105195751
【申請?zhí)枴緾N201510674095
【發(fā)明人】曾海波, 楊正銘, 韓晶晶, 魯彤, 唐雙凌
【申請人】南京理工大學
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年10月16日