专利名称：激光制备金属镉纳米颗粒的方法
技术领域：
本发明是关于纳米材料的，特别涉及一种激光制备金属纳米颗粒的方法。
背景技术：
以镉为代表的活泼金属纳米材料，作为反应的中间体，既可以通过置换反应制备各种形貌的纳米金、纳米银等贵金属纳米材料，也可以通过最简单的化合反应生成硫化镉、硒化镉、碲化镉等优良的半导体材料。所以，金属镉纳米材料有着非常高的潜在应用价值。镉纳米颗粒的制备方法已经成为了科研的热点之一，目前，镉纳米颗粒的制备方法主要有两种1、蒸发冷凝法，这种方法最早可以追溯到1963年，Kazuo Kimoto等人使用蒸发冷凝法首次制备出了镉纳米晶。在一个反应仓内，有两块电热板，中间连着钨丝，当通电的时候钨丝即能起到加热的作用，钨丝是螺旋状的，螺旋的钨丝内放置镉金属块。在加热区的下方放置一个收集碳膜，反应仓的外部接上真空泵，使得反应可以在5-50mm Hg的气压下进行，为了保证金属不被氧化，在反应仓的另一侧通入惰性气体Ar。具体方法参见HeinR A and Steele M C，Size Effects in the Superconductivity of Cadmium. PhysicalReviewl957,105 (3)，877-882。该方法的原理是通过低压高温加热使金属发生气化，气化的金属会在三维方向扩散，随着扩散的进行，金属的温度会发生下降，最后以纳米颗粒的形式凝结在碳膜上。这种方法是一种普适方法，目前除了金属镉纳米颗粒以外，还可以制备出镁、铝、铁等不同的金属纳米颗粒，但这种方法也有不足之处，即制备出来的镉纳米颗粒的形状并不统一，有六边形的，也有三角的，颗粒也大大小小不均一，限制了这种方法的进一步应用。2、化学还原法，Adams等人通过溶剂热法还原乙酸镉得到了不同形貌的镉纳米材料。他们选用乙酸镉和1，2_ 二羟基十六烷为反应原料，先于125°C下加热30min去除反应溶液中的水分，然后在氩气的保护下，加热到205°C，得到了镉纳米材料。具体方法参见Adams LLA, Sweeney W R and Jaeger H M, Growth of Cadmium Nanocrystals. Journalof Physical Chemistry C 2010,114(14),6304-6310。采用这种化学还原法可以得到形貌较为可控的金属镉纳米颗粒，产物分散性也较好，这种方法的不足之处是，反应过程十分复杂，反应条件要求较高，难以在大规模生产中精细控制；另外参与反应的组分种类繁多，使得最后得到的产物纯净程度较差
发明内容
本发明的目的是，克服现有制备金属纳米颗粒工艺中反映不易控制以及产物分散性差等问题，利用激光技术制备纳米材料的优势，采用纳秒激光液相烧蚀法制备镉纳米颗粒，提供一种不受金属离子前驱体限制、工艺简单且能大量制备的激光合成金属镉纳米颗粒的新方法。本发明通过如下技术方案予以实现。一种激光制备金属镉纳米颗粒的方法，具有以下步骤①以纯金属镉靶为原料，将靶材表面用砂纸打磨以去除其氧化层；将金属靶材置于蒸馏水中超声清洗2min，取出后再置于无水乙醇中超声清洗2min;取出靶材自然风干使靶材表面干燥；②在烧杯中配置体积分数为O. 5%的羧酸乙醇溶液，将步骤①处理后的靶材置于该溶液中，调整溶液体积，使液面距离靶材表面5mm ；③将步骤②盛有溶液和靶材的烧杯置于脉冲激光光路中并使得激光聚焦在镉靶表面，其中，脉冲激光有液面上方向靶材表面辐照；④使用纳秒脉冲激光辐照上述体系，辐照时间为O. 5-2min ；⑤吸取激光辐照后的溶液，并2次经过离心清洗，得到均匀分散的镉纳米颗粒。所述步骤②的羧酸乙醇溶液为油酸乙醇溶液。所述步骤③设定激光单脉冲能量为80mJ。
所述步骤④使用波长为1064nm的纳秒脉冲激光，辐照镉靶2min。本发明的有益效果是，克服了传统化学法制备金属纳米颗粒中反应前驱体复杂、过程控制繁琐、产物表面不纯净、容易发生团聚的不足，能够在室温条件下采用简单环境制备均匀分散的金属镉纳米颗粒。该方法是一种普适性方法，可以用来制备多种不同的分散性良好的金属纳米颗粒。
图I为实施例I方法制备的镉纳米颗粒的透射电子显微镜照片可以看出图中镉纳米颗粒呈均匀球形；图2为图I的粒径分布统计可以看出采用实施例I方法制备的镉纳米颗粒粒径在20纳米左右；图3为实施例I方法制备的镉纳米颗粒的高分辨透射电子显微镜照片可以看出镉纳米球呈单分散状。
具体实施例方式本发明所用原料均采用市售的分析纯原料。实施例I :用120目的砂纸打磨镉靶，打磨的目的是为了去除镉靶表面的氧化层。将打磨好的镉靶放入纯净水中超声清洗2min，取出后再放入乙醇中超声清洗2min，取出晾干待用。配置体积分数为O. 5%的油酸乙醇溶液10mL，将洁净的镉靶置于烧杯中，并倒入配好的溶液，控制液面高度使得液面距离靶材上表面5mm。将烧杯移至激光光路中，令激光聚焦到镉靶的表面，设定激光单脉冲能量为80mJ，使用波长为1064nm的纳秒脉冲激光辐照镉靶2min。吸取激光辐照后的溶液，并2次经过离心清洗，得到均匀分散的镉纳米颗粒。通过图I可以看出，实施例I制备的镉纳米颗粒呈均匀球形。图2显示出，采用实施例I方法制备的镉纳米颗粒粒径在20纳米左右。图3为实施例I方法制备的镉纳米颗粒的高分辨透射电子显微镜照片，可以看出镉纳米球呈单分散状。实施例2 用120目的砂纸打磨镉靶，将打磨好的镉靶放入纯净水中超声清洗2min，取出后再放入乙醇中超声清洗2min，取出晾干待用。配置体积分数为O. 5%的油酸乙醇溶液10mL，将洁净的镉靶置于烧杯中，并倒入配好的溶液，控制液面高度使得液面距离靶材上表面5mm。将烧杯移至激光光路中，令激光聚焦到镉靶的表面，设定激光单脉冲能量为80mJ，使用波长为532nm的纳秒脉冲激光辐照镉靶2min。吸取激光辐照后的溶液，并2次经过离心清洗，得到均匀分散的镉纳米颗粒。实施例3:用120目的砂纸打磨镉靶，将打磨好的镉靶放入纯净水中超声清洗2min，取出后再放入乙醇中超声清洗2min，取出晾干待用。配置体积分数为O. 5%的油酸乙醇溶液10mL，将洁净的镉靶置于烧杯中，并倒入 配好的溶液，控制液面高度使得液面距离靶材上表面5mm。将烧杯移至激光光路中，令激光聚焦到镉靶的表面，设定激光单脉冲能量为200mJ，使用波长为1064nm的纳秒脉冲激光辐照镉靶2min。吸取激光辐照后的溶液，并2次经过离心清洗，得到均匀分散的镉纳米颗粒。实施例4 用120目的砂纸打磨镉靶，将打磨好的镉靶放入纯净水中超声清洗2min，取出后再放入乙醇中超声清洗2min，取出晾干待用。配置体积分数为5%的油酸乙醇溶液10mL，将洁净的镉靶置于烧杯中，并倒入配好的溶液，控制液面高度使得液面距离靶材上表面5mm。将烧杯移至激光光路中，令激光聚焦到镉靶的表面，设定激光单脉冲能量为80mJ，使用波长为1064nm的纳秒脉冲激光辐照镉靶2min。吸取激光辐照后的溶液，并2次经过离心清洗，得到均匀分散的镉纳米颗粒。实施例5:用120目的砂纸打磨镉靶，将打磨好的镉靶放入纯净水中超声清洗2min，取出后再放入乙醇中超声清洗2min，取出晾干待用。配置体积分数为O. 0158mol/L的硬脂酸乙醇溶液10mL，将洁净的镉靶置于烧杯中，并倒入配好的溶液，控制液面高度使得液面距离靶材上表面5mm。将烧杯移至激光光路中，令激光聚焦到镉靶的表面，设定激光单脉冲能量为80mJ，使用波长为1064nm的纳秒脉冲激光辐照镉靶2min。吸取激光辐照后的溶液，并2次经过离心清洗，得到均匀分散的镉纳米颗粒。实施例6 用120目的砂纸打磨镉靶，打磨的目的是为了去除镉靶表面的氧化层。将打磨好的镉靶放入纯净水中超声清洗2min，取出后再放入乙醇中超声清洗2min，取出晾干待用。配置体积分数为O. 5%的油酸乙醇溶液10mL，将洁净的镉靶置于烧杯中，并倒入配好的溶液，控制液面高度使得液面距离靶材上表面5mm。将烧杯移至激光光路中，令激光聚焦到镉靶的表面，设定激光单脉冲能量为80mJ，使用波长为1064nm的纳秒脉冲激光辐照镉靶O. 5min。吸取激光辐照后的溶液，并2次经过离心清洗，得到均匀分散的镉纳米颗粒。实施例7:
用120目的砂纸打磨镉靶，打磨的目的是为了去除镉靶表面的氧化层。将打磨好的镉靶放入纯净水中超声清洗2min，取出后再放入乙醇中超声清洗2min，取出晾干待用。配置体积分数为O. 5%的油酸乙醇溶液10mL，将洁净的镉靶置于烧杯中，并倒入配好的溶液，控制液面高度使得液面距离靶材上表面5mm。将烧杯移至激光光路中，令激光聚焦到镉靶的表面，设定激光单脉冲能量为80mJ，使用波长为1064nm的纳秒脉冲激光辐照镉靶Imin。 吸取激光辐照后的溶液，并2次经过离心清洗，得到均匀分散的镉纳米颗粒。
权利要求
1.一种激光制备金属镉纳米颗粒的方法，具有以下步骤 ①以纯金属镉靶为原料，将靶材表面用砂纸打磨以去除其氧化层；将金属靶材置于蒸馏水中超声清洗2min，取出后再置于无水乙醇中超声清洗2min ;取出靶材自然风干使靶材表面干燥； ②在烧杯中配置体积分数为O.5%的羧酸乙醇溶液，将步骤①处理后的靶材置于该溶液中，调整溶液体积，使液面距离靶材表面5mm ； ③将步骤②盛有溶液和靶材的烧杯置于脉冲激光光路中并使得激光聚焦在镉靶表面，其中，脉冲激光有液面上方向靶材表面辐照； ④使用纳秒脉冲激光辐照上述体系，辐照时间为O.5-2min ； ⑤吸取激光辐照后的溶液，并2次经过离心清洗，得到均匀分散的镉纳米颗粒。
2.根据权利要求I的激光合成金属镉纳米颗粒的方法，其特征在于，所述步骤②的羧酸乙醇溶液为油酸乙醇溶液。
3.根据权利要求I的激光合成金属镉纳米颗粒的方法，其特征在于，所述步骤③设定激光单脉冲能量为80mJ。
4.根据权利要求I的激光合成金属镉纳米颗粒的方法，其特征在于，所述步骤④使用波长为1064nm的纳秒脉冲激光,福照镉祀2min。
全文摘要
本发明公开了一种激光法合成金属镉纳米颗粒的方法。该方法的步骤为(1)配置体积分数为0.5％的油酸乙醇溶液；(2)将干净的镉靶放入盛有油酸乙醇溶液的烧杯中并使溶液表面距离靶材上表面5mm；(3)使用纳秒脉冲激光作用溶液中的镉靶，作用时间为0.5-2min，经过提纯后得到镉纳米颗粒。本发明提供了一种简单，快捷，污染小，普适性高的镉纳米颗粒制备方法，得到的产物均匀、分散。
文档编号B22F9/02GK102717083SQ20121016872
公开日2012年10月10日 申请日期2012年5月28日 优先权日2012年5月28日
发明者侯健, 杜希文 申请人:天津大学