专利名称：一种飞秒激光制备金属纳米材料的方法
技术领域：
本发明涉及金属纳米材料技术领域，具体涉及一种飞秒激光制备金属纳米材料的方法。
背景技术：
随着近几十年的发展，纳米科学已经成为当今热门的科研领域之一。而金属纳米粒子由于其特有的表面效应、小尺寸效应、宏观量子隧道效应等性质，成为纳米科学研究的重点。相应的金属纳米材料已经被应用于生物传感、催化、电子工业、光学等诸多领域。当前已有多种制备金属纳米材料的方法，如气相法、化学沉淀法、溶胶-凝胶法、化学还原法、热降解法、光还原法等。其中光还原法的原理是部分金属具有表面等离子体共振的性质，能 在可见光区域下吸收光的能量。当有某一特定的光源对含有金属离子的溶液进行照射时，可以将金属离子还原。如果控制适当的反应条件，就能够得到不同形貌和尺寸的金属纳米材料。与其他方法相比，光还原法具有操作简单，反应温和等优点，因此也成为制备金属纳米材料的一种常见的方法。目前已报道的用光还原法制备金属纳米材料主要是用紫外光照射含有金属离子的水溶液，得到金属纳米材料。也有报道用可调节光波长的二极管灯照射含有还原剂的硝酸银溶液，得到不同形貌的银纳米材料。但是这些光源由于光强较低，往往需要很长的照射时间才能反应完全。如果使用能量密度高、定向性好的激光器照射的话，则可以在较短时间内就能使金属离子还原，制备出金属纳米材料。
发明内容
发明目的针对现有技术中存在的不足，本发明的目的是提供一种飞秒激光制备金属纳米材料的方法，使其具有具有操作简单，耗时较短，环境友好，形貌及尺寸可控等特点。所制备的金属纳米材料可用于催化、电化学、表面拉曼增强或生物医学等领域。技术方案为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下
一种飞秒激光制备金属纳米材料的方法直接用激光对准金属盐溶液进行照射，得到不同形貌的金属纳米材料；其中，激光照射的时间为f3600s，入射激光的平均功率为5^400mff,金属盐溶液的浓度为ImmoI/L ImoI/L。所述的金属盐包括硝酸银、醋酸银、氯金酸、氯金酸钠、氯金酸钾、溴金酸、四溴金酸钠、四溴金酸钾、碘金酸、碘金酸钾、氯钼酸、氯钼酸钠、氯钼酸钾、溴钼酸、溴钼酸钾、溴钼酸钾、硫酸钼、硝酸钼、硫酸铜、硝酸铜、氯化铜、溴化铜，以及氯金酸与氯钼酸的任意摩尔比混合物。所述金属盐溶液的溶剂包括水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、四氢呋喃、DMF, DMAc,以及，水与甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、四氢呋喃、DMF、DMAc中的一种或多种的任意体积比的混合。所述金属盐溶液的浓度，优选为l(Tl00mmol/L。
所述的激光照射的时间，优选为60(Tl200S。所述的入射激光的平均功率，优选为2(T50mW。所述的激光照射样品，有光线通过透镜聚焦后照射和直接照射两种方式。本发明中所用的光源为飞秒激光器，其产生的激光具有脉冲持续时间短、峰值功率极高的特点。在总输出功率较小的情况下，飞秒激光器也能为一些需要很高能量才能发生的化学反应提供足够的能量。而飞秒激光总输出功率并不大，因此不会导致材料被烧毁。有益效果与现有的技术相比，本发明的优点包括本发明采用上述工艺方法，简单方便、无需添加任何还原剂或表面活性剂，且反应条件简单易控、环境友好。所制备的金属纳米材料形貌及尺寸可控，可应用于催化、电化学、表面拉曼增强或生物医学等领域。
图I是飞秒激光制备金属纳米材料实验光路图；
图2是AgNO3经过激光照射后形成的纳米颗粒的透射电镜照片；
图3是氯金酸溶液经过激光照射后形成的纳米棒的透射电镜照片；
图4是氯金酸溶液经过激光照射后形成的六边形纳米片的透射电镜照片；
图5是氯金酸与氯钼酸混合溶液经过激光照射后形成的纳米棒的透射电镜照片；
具体实施例方式下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明。实施例I
如图I所示，所用激光器为Coherent公司的Legend Elite飞秒激光器。调试激光器，使激光的光路对准样品槽的入射面。用透镜对光线聚焦，焦点的位置在样品槽内部的中心。然后将激光的功率调至20mW，并将配制好的lOmmol/L的硝酸银水溶液加入样品槽中，静置5min后再进行照射。照射600s后，将样品进行检测。AgNO3经过激光照射后形成的纳米颗粒，如图2所示。实施例2
用醋酸银代替硝酸银，其他条件同实施例I。实施例3
调试激光器，取下透镜，将激光的光斑对准样品槽的入射面。然后将激光的功率调至400mW，并将配制好的lmmol/L的氯金酸溶液加入样品槽中，静置5min后再进行照射。照射Is后，将样品进行检测。氯金酸经过激光照射后形成的纳米棒，如图3所示。照射2 min后，将样品进行检测。氯金酸溶液经过激光照射后形成的六边形纳米片，如图4所示。实施例4
分别用氯金酸钠、氯金酸钾、溴金酸、四溴金酸钠、四溴金酸钾、碘金酸、碘金酸钾代替氯金酸，其他条件同实施例3。实施例5
调试激光器，使激光的光路对准样品槽的入射面。用透镜对光线聚焦，焦点的位置在样品槽的中心。然后将激光的功率调至50mW，并将配制好的lmol/L的硫酸铜水溶液加入样品槽中，静置5min后再进行照射。照射1200s后，将样品进行检测。
实施例6
分别用硝酸铜、氯化铜、溴化铜代替硫酸铜，其他条件同实施例5。实施例7
调试激光器，使激光的光路对准样品槽的入射面。用透镜对光线聚焦，焦点的位置在样品槽的中心。然后将激光的功率调至5mW，并将配制好的总浓度lOOmmol/L的氯金酸与氯钼酸摩尔比1:1的水溶液加入样品槽中，静置5min后再进行照射。照射3600s后，将样品进行检测。氯金酸与氯钼酸混合溶液经过激光照射后形成的纳米棒，如图5所示。实施例8
分别用氯金酸钠、氯金酸钾、溴金酸、四溴金酸钠、四溴金酸钾、碘金酸、碘金酸钾代替 氯金酸，同时分别用氯钼酸钠、氯钼酸钾、溴钼酸、溴钼酸钾、溴钼酸钾、硫酸钼、硝酸钼代替氯钼酸，前后两种样品可以任意对应，(其他条件同实施例7。实施例9
用甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、四氢呋喃、DMF、DMAc或者水与上述溶剂任意体积比的混合溶剂代替实施例I到8中的水，其他条件同实施例I到8。
权利要求
1.一种飞秒激光制备金属纳米材料的方法，其特征在于直接用激光对准金属盐溶液进行照射，得到不同形貌的金属纳米材料；其中，激光照射的时间为f3600s，入射激光的平均功率为5 400mW，金属盐溶液的浓度为ImmoI/L ImoI/L。
2.根据权利要求书I所述的飞秒激光制备金属纳米材料的方法，其特征在于所述的金属盐包括硝酸银、醋酸银、氯金酸、氯金酸钠、氯金酸钾、溴金酸、四溴金酸钠、四溴金酸钾、碘金酸、碘金酸钾、氯钼酸、氯钼酸钠、氯钼酸钾、溴钼酸、溴钼酸钾、溴钼酸钾、硫酸钼、硝酸钼、硫酸铜、硝酸铜、氯化铜、溴化铜，以及氯金酸与氯钼酸的任意摩尔比混合物。
3.根据权利要求书I所述的飞秒激光制备金属纳米材料的方法，其特征在于所述金属盐溶液的溶剂包括水、甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、四氢呋喃、DMF、DMAc，以及，水与甲醇、乙醇、乙二醇、丙二醇、丙三醇、四氢呋喃、DMF、DMAc中的一种或多种的任意体积比的混合。
4.根据权利要求书I所述的飞秒激光制备金属纳米材料的方法，其特征在于所述金属盐溶液的浓度为KTlOOmmol/L。
5.根据权利要求书I所述的飞秒激光制备金属纳米材料的方法，其特征在于所述的激光照射的时间为60(Tl200s。
6.根据权利要求书I所述的飞秒激光制备金属纳米材料的方法，其特征在于所述的激光照射样品的方法有光线通过透镜聚焦后照射和直接照射两种方法。
7.根据权利要求书I所述的飞秒激光制备金属纳米材料的方法，其特征在于所述的入射激光的平均功率为2(T50mW。
全文摘要
本发明公开了一种飞秒激光制备金属纳米材料的方法，直接用激光对准金属盐溶液进行照射，得到不同形貌的金属纳米材料；其中，激光照射的时间为1~3600s，入射激光的平均功率为5~400mW，金属盐溶液的浓度为1mmol/L~1mol/L。本发明的工艺方法，简单方便、无需添加任何还原剂或表面活性剂，且反应条件简单易控、环境友好。所制备的金属纳米材料形貌及尺寸可控，可应用于催化、电化学、表面拉曼增强或生物医学等领域。
文档编号B22F9/24GK102921961SQ201210502279
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月30日 优先权日2012年11月30日
发明者袭锴, 王远, 王力, 蒋天行, 詹鹏, 樊亚仙, 贾叙东 申请人:南京大学