r>[0118]上述的硅烷化合物可以被应用到或沉积在衬底110的表面上以形成功能基团(由硅烷化合物层导致的官能团)。该硅烷化合物层可以通过应用或干燥硅烷化合物溶液而形成。作为一种选择，硅烷化合物可以通过向衬底表面提供气态硅烷化合物来沉积。
[0119]随着硅烷化合物官能团与随后被应用的金属前体反应以将金属离子固定到衬底，优选地形成均匀层的硅烷化合物层，在该均匀层上官能团被平均地暴露于表面。该硅烷化合物层可以通过原子层沉积(ALD)形成。
[0120]上述具有官能团的硅烷化合物(具体地为具有分子式2、3和4的硅烷化合物)可以属于上述自组装分子基团。具体地，(R3)3Si可以相当于与衬底表面结合的官能团，R4可以相当于链式基团，以及R(分子式2中的R)诸如-SH、-C00H或-NH2可以相当于与金属离子结合的官能团。该硅烷化合物层可以为由硅烷化合物形成的单分子层。
[0121]图2B和2C示出了与连接基团120A结合的金属离子130。该金属离子130可以被结合到连接基团120A的官能团126。
[0122]该金属离子130可以通过向衬底(具有在其中形成的连接基团)应用金属前体而形成。具体地说，该金属离子130可以通过向衬底应用(或浸渍)金属前体溶液或向衬底应用气态金属前体而形成。
[0123]该金属前体可以考虑所需要的纳米粒子材料被设计。举例来说，该金属前体可以为选自以下群组的一个或多个金属:过渡金属、贫金属以及类金属。在非限定实施例中，过渡金属前体可以为过渡金属盐。具体来说，该过渡金属可以选自以下群组的一个或多个:金、银、钌、钯和铂，以及过渡金属盐可以选自以下群组:过渡金属的卤化物、硫属化合物、盐酸盐、硝酸盐、硫酸盐、醋酸盐或铵盐。当过渡金属前体的过渡金属为金时，过渡金属前体的不例包括但不限于，HAuCl4N AuCl、AuCl3N Au4Cl8> KAuCl4> NaAuCl4> NaAuBr4> AuBr3> AuBr>AuF3N AuF5> Aul、AuI3、KAu (CN) 2、Au2O3、Au2S、Au2S3、AuSe、Au2Se3等等。
[0124]通过连接基团120A被结合(附接)到衬底的该金属离子130可以为选自以下群组中一个或多个金属(或元素)的离子:过渡金属、贫金属以及类金属。根据金属前体的种类，该金属离子130可以为上述的金属离子本身或包括上述金属的离子。金属离子本身可以结合到有机分子(连接基团)的官能团126 (见图2B)，或者含有金属的离子可以结合到有机分子的第二官能团126 (见图2C)。含有金属的离子可以源于金属前体和有机分子的官能团之间的反应。
[0125]图2D示出了通过能量施加造成的金属离子130的减少或生长形成的金属纳米粒子140。该金属纳米粒子140可以通过连接基团120A附接到衬底110。
[0126]先进技术使数十到数百个原子的非常微小的纳米粒子的合成成为可能，但是考虑到热力学，合成的纳米粒子可以不具有均匀的粒子尺寸分布以及纳米粒子之间的尺寸差别可以随着合成过程中反应区域的尺寸的增加而增加。通过使用自上而下的方法制备纳米粒子的方法能够通过先进光刻技术制备具有20nm或更小尺寸的粒子，但是由于该方法是复杂的并需要精准控制所以其难以进行商业应用。
[0127]然而，在根据本发明的实施例的制备方法中，纳米粒子在与衬底的表面区域对应的非常小的反应领域中被直接制备，以及因此具有非常均匀并可控大小的尺寸的纳米粒子可以以高密度制备。由于纳米粒子通过使用连接基团将金属离子固定到衬底上并接着向金属离子施加能量，所以该纳米粒子可以在短时间内以简单、方便并低成本的方式生产。此夕卜，由于成核现象以及生长(纳米粒子的形成)通过在金属原子(离子)通过连接基团被固定到衬底上的这个状态上施加能量来诱发，所以该金属原子(离子)的转移可以被均匀地控制，导致形成更均匀以及更微小的纳米粒子。用于成核和生长以形成纳米粒子的金属材料可以通过被结合到连接基团上的金属原子(离子)被单独地提供。换句话说，用于形成纳米粒子的提供来自于结合到连接基团的金属原子(离子)的扩散。由于金属原子140(离子130)被结合到连接基团上，所以金属原子(离子)难以移动超过预定距离以参与成核和生长，并因此每个纳米粒子的反应区域可以被限定围绕原子核。因此，具有更均匀和更小尺寸的纳米粒子可以以高密度在衬底上形成以及在形成的纳米粒子间的分隔距离也可以是均匀的。另外，金属纳米粒子到连接基团上的结合被保持，并因此该纳米粒子可以通过连接基团被稳定地固定到衬底上。同样地，纳米粒子间的分隔距离可以相当于参与到纳米粒子的成核和生长中的金属原子的扩散距离。
[0128]被施加以形成纳米粒子140的能量可以选自以下一个或多个能量:热能、化学能、光能、震动能、尚子束能、电子束能，以及福射能。
[0129]热能可以包括焦耳热。热能可以被直接施加或间接施加。热能的直接施加可以在热源和具有在其中被固定的金属离子的衬底彼此互相物理接触的状态下被实施。热能的间接施加可以在热源和在其中被固定的金属离子的衬底相互间不在物理接触的状态下实施。直接施加的非限定示例包括设置加热元件的方法，其通过电流的流动在衬底下方产生热量并将热能通过衬底传送给金属离子。间接施加的非限定示例包括使用常规的热处理炉，其包括在其中放置需要热处理的物体(诸如管)的空间，围绕该空间以防止热量散失的热绝缘材料，以及放置在热绝缘材料内部的加热元件。间接加热施加的非限定示例在衬底上的预设距离中放置加热元件的方法中可以看到，其中该金属离子被固定，并将热能通过在衬底和加热元件之间出现的流体(包括空气)传送到金属离子。
[0130]光能可以具有包括波长范围从远紫外到近红外的波长，以及光能的施加可以包括带有光线的照射。在非限定的实施例中，光源可以设置在衬底的上方，其具有从金属离子的预设距离上固定在其间的金属离子，以及来自光源的光线可以照射在金属离子上。
[0131]震动能可以包括微波和/或超声波。震动能的施加可以包括与微波和/或超声波之间的照射。在非限定实施例中，微波和/或超声波源可以被以距金属离子预设距离而设置在具有固定在其上的金属离子的衬底上，以及来自源的微波和/或超声波可以照射在金属呙子上。
[0132]辐射能可以包括选自α射线、β射线和γ射线中的一个或多个的射线。在非限定的实施例中，辐射源可以以距金属离子的预设距离而设置在具有固定在其上的金属离子的衬底上，以及来自该源的辐射可以照射在金属离子上。
[0133]被施加的能量可以为粒子束的动能，以及该粒子束可以包括离子束和/或电子束。该束的离子可以为负电荷。在非限定的实施例中，离子或电子源可以距金属离子的预设距离而设置在具有固定在其上的金属离子的衬底上，以及该离子束和/或电子束可以使用加速元件而被施加到金属离子上，该加速元件提供了在金属离子的方向上加速离子或电子的电场(磁场)。
[0134]化学能为化学反应之前和之后之间的吉布斯自由能差，以及该化学能可以包括还原能量。化学能可以包括利用还原剂的还原反应的能量并可以意味着其中金属离子通过还原剂被还原的还原反应的能量。在非限定的实施例中，化学能的施加可以为还原反应，其中还原剂与具有固定在其上的金属离子的衬底接触。该还原剂可以以液态或气态提供。
[0135]在根据本发明的实施例的制造方法中，能量的施加可以包括同时地或顺序地施加选自以下群组的一种或多种能量:热能、化学能、光能、震动能、离子束能、电子束能，以及辐射能。
[0136]在同时应用的具体实施例中，热量的施加可以与粒子束的应用同时进行。可以理解的是，该粒子束的粒子可以通过热能加热。在同时施加的另一具体实施例中，热量的施加可以与还原剂的施加同时进行。仍在同时施加的另一个实施例中，粒子束的施加可以与红外线或微波的施加同时进行。
[0137]顺序的施加可以意味着一种能量在另一种能量被施加后继续施加。其还可以意味着不同种类的能量被连续地或不连续地向金属离子施加。更优选的是，通过连接基团120Α被固定到衬底110上的金属离子130的还原在纳米粒子140形成前被执行，并因此在顺序施加的具体实施例中，热量可以在还原剂加入后或正电荷粒子束施加后被施加。
[0138]在非限定的粒子实施例中，能量的施加可以使用包括钨卤素灯的高速热处理(RTP)系统实施，以及该快速热处理可以在50到150°C /秒的速度上实施。同样地，快速热处理可以在还原气氛或惰性气体气氛中被执行。
[0139]在非限定粒子实施例中，能量的施加可以通过将溶剂中带有还原剂的溶液与金属离子接触来实施，该接触伴随着通过使用在还原气氛或惰性气体气氛中的快速热处理系统的热处理。
[0140]在非限定的实施例中，能量的施加可以通过在真空室中从电子束发生器产生电子束以及向金属离子加速所产生的电子束来实施。该电子束发生器可以为方形或线枪型。该电子束可以通过从电子束发生器生成等离子体和使用屏蔽膜从等离子体中抽取电子来产生。另外，可以理解的是，加热元件可以设置在保持器上以在真空室中承载衬底，以及热能可以通过在电子束施加的前、中和/或之后的这个热元件应用到衬底上。
[0141]当所期望的纳米粒子为金属纳米粒子时，该金属纳米粒子可以通过上述的能量的应用在原地制备。当被制备的纳米粒子不是金属纳米粒子而是金属化合物纳米粒子时，该金属化合物纳米粒子可以通过在上述能量的应用中或应用后提供不同于金属离子的元素来制备。具体地，该金属化合物纳米粒子可以包括金属氧化物纳米粒子、金属氮化物纳米粒子、金属碳化物纳米粒子或金属互化物纳米粒子。更具体地，该金属化合物纳米粒子可以通过在应用上述能量之中或之后在气态或液态中提供不同物质来制备。在特定的实施例中，代替金属纳米粒子的金属氧化物纳米粒子可以通过在能量应用过程中提供包括氧气的氧源来制备。此外，代替金属纳米粒子的金属氮化物纳米粒子可以通过在能量应用过程中提供包括氮气的氮源来制备。金属碳化物纳米粒子可以通过提供碳源来制备，该碳源包括能量施加过程中的C1-Cltl的碳氢气体，以及金属互化物纳米粒子可以通过提供包括不同物质(例如，元素、化合物，或混合物)的前体气体来制备，其在能量应用过程中提供金属互化物。具体地，该金属互化物纳米粒子可以通过碳化、氧化、氮化或由上述能量的应用制备的金属纳米粒子的合金化处理来制备。
[0142]纳米粒子的密度(通道区域的每单位表面面积中的纳米粒子的数量)以及粒子尺寸和粒子尺寸分布可以通过能量施加状况控制，包括种类、大小、温度，以及能量应用的持续性。
[0143]具体地说，具有大约0.5到3nm的平均粒子直径的纳米粒子可以通过施加能量来制造。在这个情况下，均匀的纳米粒子可以被制备为具有标准差大约±20%或更少的粒子直径，以及被制备为具有大约113到10 1Vcm2纳米粒子密度(其为每单位面积的纳米粒子的数量)的高密度纳米粒子。
[0144]按照一个实施例，当所施加的能量为电子束时，该电子束可以以大约0.1KGy到10KGy的剂量被照射。随着这个电子束照射剂量，具有大约2到3nm的平均粒子直径的纳米粒子可以被制备，以及该纳米粒子可以具有大约±20%或更低的粒子直径标准差。该纳米粒子密度(其为每单位面积中纳米粒子的数量)的范围为大约113到10 15/cm2。
[0145]按照另一实施例，当所施加的能量为电子束时，该电子束可以以大约100 μ Gy到50KGy的剂量被照射。随着这个电子束照射剂量，具有平均大约1.3到1.9nm的平均粒子直径的纳米粒子可以被制备，以及该纳米粒子可以具有大约±20%或更低的粒子直径标准差。该纳米粒子密度(其为每单位面积内的纳米粒子的数量)的范围可以从约113到115/cm2，并且更具体地，该纳米粒子密度范围可以从约0.2 X 114到0.2 X 10 15/cm2。
[0146]按照另一实施例，当所施加的能量为电子束时，该电子束可以以大约I UGy到IOKGy的剂量被照射。随着这个电子束照射剂量，具有平均大约O. 5到I. 2nm的平均粒子直径的纳米粒子可以被制备，以及该纳米粒子可以具有大约±20%或更低的粒子直径标准差。该纳米粒子密度（其为每单位面积内的纳米粒子的数量）的范围可以从约IO13到IO15/cm2，更具体地，该纳米粒子密度范围可以从约O. 2X IO14到O. 3X 10 15/cm2。
[0147]根据另一实施例，当所施加的能量为热能时，具有大约2到3nm的平均粒子直径的纳米粒子通过在大约100到500°C的温度范围内在还原气体（reducing atmosphere)中实施热处理大约O. 5到2小时来制备或通过向被结合到连接基团上的金属离子提供还原剂并在大约200到400°C的温度在惰性气体中实施热处理大约O. 5到2小时来制备。该制备的纳米粒子可以具有大约±20%或更低的粒子半径标准差。该纳米粒子密度（其为每单位面积内的纳米粒子的数量）范围可以为大约IO13到10 15/cm2。
[0148]按照另一实施例，当所施加的能量为热能时，具有大约I. 3到I. 9nm的平均粒子直径的纳米粒子通过在大约200到400°C的温度范围内的还原气体中实施热处理大约O. 5到2小时来制备或通过向被结合到连接基团上的金属离子提供还原剂并在大约100到300°C的温度在惰性气体中实施热处理大约O. 5到2小时来制备。该制备的纳米粒子可以具有大约±20%或更低的粒子半径标准差。该纳米粒子密度（其为每单位面积内的纳米粒子的数量）范围可以为大约IO13到10 1Vcm2，更具体地，该纳米粒子的半径范围可以为大约O. 2X IO14到 O. 2X10 15/cm2o
[0149]根据另一实施例，当所施加的能量为热能时，具有大约O. 5到I. 2nm的平均粒子直径的纳米粒子通过在大约200到400°C的温度范围内的还原气体中实施热处理大约O. 2到I小时中的来制备或通过向被结合到连接基团120A上的金属离子130提供还原剂并在大约100到300°C的温度上在惰性气体气氛中实施热处理大约O. 2到I小时来制备。该制备的纳米粒子可以具有大约±20%或更低的粒子半径标准差。该纳米粒子密度（其为每单位面积内的纳米粒子的数量）范围可以为大约IO13到10 1Vcm2，更具体地，该纳米粒子的半径范围可以为大约O. 2X IO14到O. 3X10 1Vcm2O
[0150]根据另一实施例，当所施加的能量为化学能时，具有大约2到3nm的平均粒子直径的纳米粒子通过实施在大约O. 5到2小时内在大约20到40°C的反