专利名称：可复制复杂表面的金属纳米颗粒单分子层制备方法
技术领域：
本发明涉及一种用于在复杂表面上得到金属纳米颗粒单分子层的制备方法，尤其是在复杂表面上得到均勻的金属纳米颗粒单分子层的制备方法，具有复制复杂表面的特性。
背景技术：
直径在约1-50纳米(nm)的金属纳米颗粒在半导体工艺、光/磁存储器、电子元器件制造以及催化等方面有着非常广泛的用途。金属纳米颗粒具有独特的光学性质。特别是金属纳米颗粒显示出明显的光学共振，即所谓的表面等离子激元共振。起因在于金属纳米颗粒的传导电子与入射的电磁场之间发生共振耦合。该共振可以由吸收或散射控制，依赖于入射电磁波的波长与纳米颗粒半径之间的比例关系。利用这些特殊的光学性质，可以制备出各种有用的设备或器件。例如，基于表面增强的拉曼散射的光学滤波化学传感器。专利CN 101866961中给出了将金属纳米颗粒直接制备在薄膜硅/晶体硅异质结太阳电池中以增强光吸收。金属纳米颗粒由多种制备方法气体蒸发；机械性磨碎；溅射；电子束蒸发；热蒸发；逆胶束技术；激光烧蚀；有机金属化合物的热解等。而实际使用中，需要将金属纳米颗粒均勻覆盖在设备或器件的复杂表面上。但利用上述方法将金属纳米颗粒沉积在复杂表面上时，无法得到一个均勻的金属纳米颗粒的单分子层，出现的不良情况是复杂表面的局部有大量聚集金属纳米颗粒的存在，而复杂表面的其它部分可能没有覆盖到任何金属纳米颗粒。如果采用先将制备好的金属纳米颗粒配置成胶体或树脂涂层，涂覆在复杂表面，则由于胶体或树脂层的流平性，仍然会出现在凹陷处聚集大量金属纳米颗粒，凸出部分则无法被金属纳米颗粒覆盖。这种非均勻覆盖方式会极大削弱金属纳米颗粒的表面等离子激元效应，使金属纳米颗粒特有的光学性质无法体现。所以，如何在复杂表面上均勻覆盖一层纳米金属颗粒单分子层，对充分利用纳米金属颗粒的表面等离子激元效应至关重要。
发明内容
本发明目的是为了克服现有技术的不足，提供一种可以在复杂表面制备一层均勻的金属纳米颗粒单分子层的方法，且该方法中的金属纳米颗粒单分子层的密度可控。本发明为实现上述目的，设计了一种利用有机小分子自组装层作为模板并且流动气体气流辅助喷涂的制备方法，其包括以下步骤将具有复杂表面的样品放置于真空室内， 缓慢旋转的同时，将具有增加表面附着力的有机小分子通过低温熏蒸法沉积在样品表面， 形成一层单分子层含有金属纳米颗粒的有机溶液从样品上方的喷口喷出，沉积在样品表面；同时，在真空室内引入侧向气流，通过调整气流速度，得到沉积密度可控的金属纳米颗粒单分子层；向真空室内缓慢充入气体，取出样品。具体地说，一种可复制复杂表面的金属纳米颗粒单分子层的制备方法，其特征在于，利用有机小分子自组装层作为模板并且流动气体气流辅助喷涂的方法，制备金属纳米颗粒单分子层，包括以下步骤将具有复杂表面的样品放置于真空室内，并缓慢旋转，旋转速度为100-500rpm 将具有增加表面附着力的有机小分子材料通过低温熏蒸法沉积在样品表面，形成一层单分子层，该有机小分子可以为有机硅烷，但不限于有机硅烷，只要是本领域常用的能增加表面附着力的有机小分子材料都可以；从样品上方的喷口喷出含有金属纳米颗粒的有机溶液，沉积在样品表面；同时，在真空室内引入侧向气流，调整气流速度为 10_4-10Pa/S，控制金属纳米颗粒单分子层在复杂表面的沉积密度；向真空室内缓慢充入气体，取出样品。真空室的真空度为IiT1-IO-3Pa 通过低温熏蒸增加表面附着力的有机小分子沉积在样品表面，形成一层单分子层的熏蒸温度为320-355开尔文(K)。从样品上方的喷口喷出含有金属纳米颗粒的有机溶液，沉积在样品表面，该步骤中的工艺参数为，含有金属纳米颗粒的有机溶液，摩尔浓度在10_4-10_2摩尔/升，有机溶剂为低沸点有机溶剂喷涂速度，lO-lOOml/min ；喷嘴距离样品表面度度，20-50cm 向真空室内缓慢充入气体，取出样品时，所用气体为高纯氮气。本发明的优点是采用利用有机小分子自组装层作为模板并且流动气体气流辅助喷涂的制备方法，并通过严格控制测向气流的流速和气流喷嘴距离样品的高度，克服了不能在复杂表面制备均勻的金属纳米颗粒单分子层的缺点。并且，由于流动气流辅助的特点， 可以控制金属纳米颗粒在有机小分子自组装层上的沉积密度。
图1是本发明的利用有机小分子自组装层作为模板并且流动气体气流辅助喷涂的制备方法示意图。图中1喷嘴，2真空室，3测向气流通入和抽出管，4旋转台，5样品，6有机小分子蒸汽通入和抽出管。
具体实施例方式实施例1针对在硫化镉纳米棒阵列上沉积均勻的纳米银颗粒单分子层，将生长在硫化镉纳米棒阵列的基片放入真空室，真空度控制在10_2Pa，缓慢旋转样品，同时将六甲基二硅烷的热蒸汽缓慢从放置基片的样品台之下通入真空室，蒸汽温度控制在335K，熏蒸30分钟后停止同时向真空室内通入高纯氮气，气流速度控制在lPa/s。将表面改性的纳米银颗粒的氯仿溶液喷涂在硫化镉纳米棒阵列表面，喷涂速度20ml/min，喷嘴距离样品表面高度，40cm， 侧向气流速度，5Pa/s。喷涂60秒后取出。实施例2针对在传统单晶硅电池片上沉积均勻的纳米金颗粒单分子层，将电极印刷前的单晶硅电池片放入真空室，真空度控制在10_2Pa，缓慢旋转样品，同时将辛烷基三乙氧基硅烷的热蒸汽缓慢从放置电池片的样品台之下通入真空室，蒸汽温度控制在345L，熏蒸20分钟后停止同时向真空室内通入高纯氮气，气流速度控制在li^Pa/s。将表面改性的纳米金颗粒的乙醇悬浊液喷涂在电池片表面，喷涂速度lOml/min，喷嘴距离样品表面高度，30cm，侧向气流速度，lPa/s。喷涂60秒后取出。
实施例3针对在传统单晶硅电池片上沉积均勻的纳米金颗粒单分子层，将电极印刷前的单晶硅电池片放入真空室，真空度控制在10_2Pa，缓慢旋转样品，同时将辛烷基三乙氧基硅烷的热蒸汽缓慢从放置电池片的样品台之下通入真空室，蒸汽温度控制在34 ，熏蒸20分钟后停止；同时向真空室内通入高纯氮气，气流速度控制在lO—Va/s。将表面改性的纳米金颗粒的乙醇悬浊液喷涂在电池片表面，喷涂速度lOm/min，喷嘴距离样品表面高度，30cm，侧向气流速度，lPa/s。喷涂60秒后取出。实施例4针对在传统单晶硅电池片上沉积均勻的纳米金颗粒单分子层，将电极印刷前的单晶硅电池片放入真空室，真空度控制在10_2Pa，缓慢旋转样品，同时将辛烷基三乙氧基硅烷的热蒸汽缓慢从放置电池片的样品台之下通入真空室，蒸汽温度控制在34 ，熏蒸20分钟后停止同时向真空室内通入高纯氮气，气流速度控制在lOI^a/s。将表面改性的纳米金颗粒的乙醇悬浊液喷涂在电池片表面，喷涂速度lOml/min，喷嘴距离样品表面高度，30cm，侧向气流速度，ll^a/s。喷涂60秒后取出。
权利要求
1.一种可复制复杂表面的金属纳米颗粒单分子层的制备方法，其特征在于，利用有机小分子自组装层作为模板并且流动气体气流辅助喷涂的方法，制备金属纳米颗粒单分子层，包括以下步骤将具有复杂表面的样品放置于真空室内，并缓慢旋转；将具有增加表面附着力的有机小分子通过低温熏蒸法沉积在样品表面，形成一层单分子层；从样品上方的喷口喷出含有金属纳米颗粒的有机溶液，沉积在样品表面；在真空室内引入侧向气流，调整气流速度，控制金属纳米颗粒单分子层在复杂表面的沉积密度；向真空室内缓慢充入气体，取出样品。
2.根据权利要求1所述的可复制复杂表面的金属纳米颗粒单分子层的制备方法，其特征在于所述将具有复杂表面的样品放置于真空室内，并缓慢旋转，该步骤中的工艺参数为，真空室真空度，KT1-KT3帕斯卡(Pa)；样品旋转速度，100-500转每分钟(rpm)。
3.根据权利要求1或2所述的可复制复杂表面的金属纳米颗粒单分子层的制备方法， 其特征在于所述将具有增加表面附着力的有机小分子通过低温熏蒸法沉积在样品表面， 形成一层单分子层，该步骤中的工艺参数为，有机小分子的种类，有机硅烷熏蒸温度，320-355开尔文(K)。
4.根据权利要求3所述的可复制复杂表面的金属纳米颗粒单分子层的制备方法，其特征在于所述从样品上方的喷口喷出含有金属纳米颗粒的有机溶液，沉积在样品表面，该步骤中的工艺参数为，含有金属纳米颗粒的有机溶液，摩尔浓度在KT1-IiT2摩尔每升(M/L)，有机溶剂为低沸点有机溶剂；喷涂速度，10-100亳升每分钟(ml/min)。喷嘴距离样品表面高度，20-50厘米(cm)
5.根据权利要求3所述的可复制复杂表面的金属纳米颗粒单分子层的制备方法，其特征在于所述在真空室内引入侧向气流，调整气流速度，控制金属纳米颗粒单分子层在复杂表面的沉积密度，该步骤中的工艺参数为，侧向气流速度，10_4-10帕斯卡每秒(Pa/s)。
6.根据权利要求3所述的可复制复杂表面的金属纳米颗粒单分子层的制备方法，其特征在于所述向真空室内缓慢充入气体，取出样品，具体为向真空室内充入高纯氮气，然后取出样品。
7.根据权利要求4-5所述的任一或组合的可复制复杂表面的金属纳米颗粒单分子层的制备方法，其特征在于从样品上方的喷口喷出含有金属纳米颗粒的有机溶液，沉积在样品表面；在真空室内弓丨入侧向气流，调整气流速度，控制金属纳米颗粒单分子层在复杂表面的沉积密度。
全文摘要
本发明涉及一种可复制复杂表面的金属纳米颗粒单分子层的制备方法，其特征在于，利用有机小分子自组装层作为模板并且流动气体气流辅助喷涂的方法，制备金属纳米颗粒单分子层，包括以下步骤将具有复杂表面的样品放置于真空室内，并缓慢旋转将具有增加表面附着力的有机小分子通过低温熏蒸法沉积在样品表面，形成一层单分子层从样品上方的喷口喷出含有金属纳米颗粒的有机溶液，沉积在样品表面；在真空室内引入侧向气流，调整气流速度，控制金属纳米颗粒单分子层在复杂表面的沉积密度；向真空室内缓慢充入气体，取出样品。
文档编号C23C24/00GK102330083SQ201110212440
公开日2012年1月25日 申请日期2011年7月27日 优先权日2011年7月27日
发明者夏庆锋, 章圆圆, 符黎明, 陈培良 申请人:常州时创能源科技有限公司