一种在石墨烯片上可控制备纳米颗粒的普适方法

一种在石墨烯片上可控制备纳米颗粒的普适方法
【专利摘要】本发明涉及一种在石墨烯片上可控制备纳米颗粒的普适方法。本发明选取氧化石墨烯胶体水溶液以及高纯Ag靶，将Ag靶悬置于氧化石墨烯胶体溶液中，并且用磁力搅拌器不停搅拌胶体水溶液，采用激光器辐照靶材，改变辐照时间长短和激光功率大小调控Ag纳米颗粒的密度和尺寸。本发明克服了化学方法的纳米颗粒在片上分布的不均匀导致限制了石墨烯或氧化石墨烯的应用以及物理方法制备石墨烯基复合材料时通常需要添加剂导致造成样品污染、仪器昂贵，制备成本高，不能大量制备等缺陷。本发明提出一种液相激光烧蚀法，无论石墨烯片上有无官能团都可以制备出石墨烯基复合材料，工艺简单，合成量大，绿色环保，可推广应用于工业领域。
【专利说明】—种在石墨烯片上可控制备纳米颗粒的普适方法

【技术领域】
[0001]本发明属于石墨烯基复合纳米材料的制备领域，特别涉及一液相激光烧蚀法，gp一种在石墨烯片上可控制备纳米颗粒的普适方法。

【背景技术】
[0002]石墨烯基复合材料能发挥石墨烯与所复合纳米材料的各自优势以及二者的协同效应，例如石墨烯与贵金属纳米颗粒的复合SERS衬底能够利用石墨烯的化学增强和贵金属的物理增强二者的联合及协同效应(石墨烯能够阻止贵金属的氧化及提高拉曼信号的稳定性等)，有望在痕量检测领域得到广泛应用。
[0003]在本发明作出之前，目前在石墨烯片上生长纳米颗粒的常用工艺分为化学和物理两种。化学方法必须在石墨烯片表面有官能团(例如羟基、羧基等)或缺陷的基础上才能实现，且由于二者不均匀分布导致纳米颗粒在片上分布的不均匀，因而大大限制了石墨烯或氧化石墨烯在诸如电池，超级电容器等领域的应用(官能团的存在导致石墨烯导电性下降，而导电性好的无官能团的石墨烯上又无法合成)。另外化学方法制备石墨烯基复合材料时通常需要添加剂，这样不可避免地造成样品污染。物理方法所用仪器昂贵，制备成本高，不能大量制备，因而也限制了其在工业领域的应用。因此，在没有官能团的石墨烯片上或者有官能团的氧化石墨烯(G0)片上宏量、绿色的制备石墨烯基复合材料是一个急需解决的技术挑战。


【发明内容】

[0004]本发明的目的就在于克服上述缺陷，研制一种在石墨烯片上可控制备纳米颗粒的普适方法。
[0005]本发明的技术方案是:
[0006]一种在石墨烯片上可控制备纳米颗粒的普适方法，其主要技术特征在于步骤如下:
[0007](1)选取氧化石墨烯胶体水溶液以及高纯Ag靶；
[0008](2)将Ag靶悬置于氧化石墨烯胶体溶液中，并且用磁力搅拌器不停搅拌胶体水溶液；
[0009](3)采用激光器辐照靶材；
[0010](4)改变辐照时间长短和激光功率大小调控Ag纳米颗粒的密度和尺寸。
[0011]所述步骤⑴中，胶体水溶液中氧化石墨烯和H20的质量比为0.2 %。
[0012]所述步骤(3)中，选取波长为1064nm、频率10Hz、功率大于40mJ/pulse的Nd: YAG激光器。
[0013]所述步骤(3)中，经激光器辐照靶材后在G0片上较均匀生长Ag纳米颗粒。
[0014]本发明的创新在于首次提出一种在石墨烯片上可控制备各种纳米颗粒的方法-液相激光烧蚀法，无论石墨烯片上有无官能团都可以制备出石墨烯基复合材料，且工艺简单，合成量大，绿色环保，可推广应用于工业领域。
[0015]本发明的优越之处将在下面的【专利附图】

【附图说明】和【具体实施方式】中将进一步进行阐述。

【专利附图】

【附图说明】
[0016]图1——本发明实例涉及的一种在石墨烯片上可控制备各种纳米颗粒的液相激光烧蚀工艺的装置示意图。
[0017]图2——本发明实例典型氧化石墨烯片上激光辐照生长银纳米颗粒前后胶体的光学和高分辨透射电镜照片。
[0018]图3——本发明实例不同激光辐照时间在氧化石墨烯片上得到不同密度银纳米颗粒样品的透射电镜像。
[0019]图4-本发明实例较大激光功率在氧化石墨烯片上得到的较大尺寸Ag纳米颗粒样品的透射电镜像。
[0020]图5——本发明实例氧化石墨烯片上激光辐照生长银纳米颗粒前后典型胶体的Raman谱图。

【具体实施方式】
[0021]本发明的技术思路是:
[0022]本发明提出了液相激光烧蚀法，该工艺无须任何添加剂，只需将石墨烯分散于溶剂中，再将待复合材料的靶材(例如金属，氧化物等)放入溶剂中，使用激光辐照即可得到石墨烯基复合材料的胶体溶液。其基本原理是激光辐照靶材后在靶表面形成高能等离子体区域，在液相环境下高能等离子体瞬间成核于石墨烯片并生长成纳米颗粒，因此生长过程与石墨烯表面是否有官能团无关，且通过改变辐照时间长短和激光功率大小能调控纳米颗粒的密度和尺寸，该工艺具有简单、绿色、成本低，易于大量合成等优点，有效解决了目前常用合成技术的诸多缺陷。
[0023]下面具体说明本发明。
[0024]实施例:
[0025]选取氧化石墨烯(G0)和H20的质量比为0.2%的胶体水溶液以及高纯度Ag祀，将G0胶体水溶液倒入烧杯中，然后将Ag靶悬置于G0胶体溶液中，并用磁力搅拌器不停搅拌胶体溶液；最后选取波长为1064nm、频率为10Hz、功率大于40mJ/pulSe的Nd: YAG激光器辐照靶材，即可在G0片上较均匀生长Ag纳米颗粒，颗粒的密度和尺寸可分别通过辐照时间长短和激光功率大小来控制。
[0026]采用荷兰philips-FEI 公司的 Tecnai F30 场发射透射电镜(HRTEM，Tecnai F30，FEI)对样品的形貌和结构进行表征，如图2-4所示。采用英国Renishwa公司的In Via激光共焦拉曼光谱仪分析样品的光学性质，如图5所示。
[0027]试验结果表明:
[0028]如图1所示:
[0029]本发明实例涉及的一种在石墨烯片上可控制备各种纳米颗粒的液相激光烧蚀工艺的装置示意图。可以看到，本工艺过程简单，成本低廉，绿色环保。
[0030]如图2所示:
[0031]本发明实例典型氧化石墨烯片上激光辐照生长银纳米颗粒前后胶体的光学和高分辨透射电镜照片。激光辐照功率是40mJ/pulse。图2a和b是激光辐照之前氧化石墨烯片胶体的宏观光学照片及其高分辨透射电镜图，图2b中插图是氧化石墨烯片边缘的高分辨晶格条纹像；图2c和d是激光辐照之后胶体宏观照片和高分辨透射电镜图，图2d中插图是Ag纳米颗粒的选取电子衍射。从该图可知，激光辐照前氧化石墨烯胶体溶液宏观上呈黑色或深黄色，片表面光滑平坦，厚度4层左右；激光辐照之后的胶体溶液宏观上呈灰色，Ag纳米颗粒较均匀的分布在氧化石墨烯片上，Ag颗粒为多晶体。
[0032]如图3所示:
[0033]本发明实例不同激光辐照时间在氧化石墨烯片上得到不同密度银纳米颗粒样品的透射电镜像。激光辐照功率是40mJ/pulse。图3a，b分别是激光辐照较短和较长时间在氧化石墨烯片上生长的Ag纳米颗粒的透射电镜像。可看出，Ag纳米颗粒的密度随辐照时间延长而增大，表明可通过控制辐照时间调控颗粒密度。
[0034]如图4所示:
[0035]本发明实例较大激光功率在氧化石墨烯片上得到的较大尺寸Ag纳米颗粒样品的透射电镜像。激光功率90mJ/pulse。可看出,Ag纳米颗粒的尺寸明显大于图2和3中激光功率40mJ/pulse得到的颗粒尺寸,说明可通过改变激光功率大小来改变Ag纳米颗粒的尺寸。
[0036]如图5所示:
[0037]本发明实例氧化石墨烯片上激光辐照生长银纳米颗粒前后典型胶体的Raman谱图。从图可知，激光辐照之后，氧化石墨烯的D峰和G峰的位置没有改变，说明激光辐照对氧化石墨烯片的结构没有明显破坏。
[0038]根据上述研究结果可知:我们发明的液相激光烧蚀法工艺可以成功的在氧化石墨烯片上生长Ag纳米颗粒，并且颗粒的密度和尺寸均可通过辐照时间和激光功率进行调控。同时，该制备工艺简单，成本低廉，绿色环保；若将Ag靶换成其它靶材，或将氧化石墨烯换成其他类石墨烯的胶体溶液，也可以制备其他基底的纳米复合材料，因此该工艺具有普适性，可推广并应用于各种领域。
【权利要求】
1.一种在石墨烯片上可控制备纳米颗粒的普适方法，其特征在于步骤如下: (1)选取氧化石墨烯的胶体水溶液以及高纯Ag靶； (2)将Ag靶悬置于氧化石墨烯胶体溶液中，并且用磁力搅拌器不停搅拌胶体水溶液； (3)采用激光器辐照靶材； (4)改变辐照时间长短和激光功率大小调控Ag纳米颗粒的密度和尺寸。
2.根据权利要求1所述的一种在石墨烯片上可控制备纳米颗粒的普适方法，其特征在于步骤(I)中，胶体水溶液中氧化石墨烯和H2O的质量比为0.2%。
3.根据权利要求1所述的一种在石墨烯片上可控制备纳米颗粒的普适方法，其特征在于步骤(3)中，选取波长为1064nm、频率10Hz、功率大于40mJ/pulSe的Nd:YAG激光器。
4.根据权利要求1所述的一种在石墨烯片上可控制备纳米颗粒的普适方法，其特征在于步骤(3)中，经激光器辐照靶材后在GO片上较均匀生长Ag纳米颗粒。
【文档编号】B82Y40/00GK104404504SQ201410667467
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月18日 优先权日:2014年11月18日
【发明者】何辉, 王海波, 李凯, 董晶, 曾祥华 申请人:扬州大学