一种激光脉冲辅助制备复合金属纳米颗粒阵列的方法技术

一种激光脉冲辅助制备复合金属纳米颗粒阵列的方法。本发明专利技术提供了一种可制备出大小、形状和材料种类可调节的贵金属纳米颗粒阵列的方法，该方法先利用自组装的技术在导热基底上制备出不同形貌和材料的贵金属纳米颗粒阵列。利用高能量密度的激光束作为热源轰击贵金属纳米颗粒阵列基底背部，将该贵金属纳米颗粒阵列从基底表面熔解脱落，与正下方的另一组贵金属纳米颗粒阵列表面复合，从而形成两层或多层三维贵金属纳米颗粒阵列。该方法可以通过改变上下两层贵金属纳米阵列的形貌、材料以及调节激光能量、频率等参数而得到不同形状的复合型合金纳米颗粒阵列。这种有序合金纳米颗粒阵列在化学和生物传感器、超高密度数据存储介质、光电器件和化学催化剂等方面有着广泛的应用前景。

A Method of Laser Pulse Assisted Fabrication of Composite Metal Nanoparticle Arrays

A laser pulse assisted method for fabricating composite metal nanoparticle arrays is presented. The invention provides a method for preparing precious metal nanoparticle arrays with adjustable size, shape and material type. The method first uses self-assembly technology to prepare precious metal nanoparticle arrays with different morphologies and materials on thermal conductive substrates. A high energy density laser beam is used as a heat source to bombard the back of the precious metal nanoparticle arrays. The precious metal nanoparticle arrays are melted off from the surface of the substrate and compounded with another group of precious metal nanoparticle arrays directly below, thus forming two or more layers of three-dimensional precious metal nanoparticle arrays. The method can obtain composite alloy nanoparticle arrays of different shapes by changing the morphology, materials of the upper and lower layers of noble metal nanoarrays and adjusting the parameters of laser energy and frequency. The ordered alloy nanoparticle arrays have broad application prospects in chemical and biological sensors, ultra-high density data storage media, optoelectronic devices and chemical catalysts.

【技术实现步骤摘要】
一种激光脉冲辅助制备复合金属纳米颗粒阵列的方法
本专利技术涉及贵金属纳米颗粒阵列的制备方法，尤其涉及可制备出大小、形状和材料种类可调节的贵金属纳米阵列的制备方法。
技术介绍
贵金属纳米颗粒在可见光范围内伴随有强烈的吸收峰，这是由于颗粒内大量的传导电子的振动频率和入射光波的频率相等，产生表面等离子体共振效应，从而产生强烈的吸收峰。表面等离子体共振光谱峰位对纳米颗粒的形状、大小、分布、外部介质环境的变化非常敏感。随着现代纳米技术的发展，不同形貌的贵金属纳米颗粒的制备及它们相应光学特性的研究引起了人们广泛的兴趣。在不同形貌的贵金属纳米结构中，二维和三维有序复合纳米颗粒阵列日益受到人们的关注。所谓二维和三维有序纳米颗粒阵列，是指纳米颗粒在二维和三维方向上按照一定的规律有序排列的结构，人们可通过颗粒大小、间距乃至成分来大范围地控制其特性。纳米颗粒阵列在生物传感、医学、光电、催化、检测等领域具有潜在的应用前景。基于此，发展和衍生出了大量的制备纳米或微米以下尺度结构的工艺，如光刻蚀法、电子束刻蚀法、X射线刻蚀法等。但这些刻蚀技术设备复杂、成本昂贵、效率低，对于制作大尺度的纳米颗粒阵列体系还存在困难。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可制备出大小、形状和材料种类可调节的纳米颗粒阵列的制备方法，该方法设备简单、实验手段便利灵巧、效率高效。本专利技术的技术方案可以通过以下技术措施来实现：一种激光脉冲辅助制备复合金属纳米颗粒阵列的方法，包括如下步骤：(1)在基底上制备出二维金属纳米颗粒阵列；(2)在步骤(1)所述的二维金属纳米颗粒阵列表面覆盖一层二维半导体薄膜；(3)利用激光脉冲作为热源轰击步骤(1)所得附着有二维金属纳米颗粒阵列的基底背部，使该二维金属纳米颗粒阵列从基底表面熔解脱落，掉落到正下方的另一组二维金属纳米颗粒阵列或者二维半导体薄膜表面，与所述二维金属纳米颗粒阵列或者二维半导体薄膜复合，得到两层三维复合金属纳米颗粒阵列或者金属/半导体/金属三明治纳米结构。优选地，采用步骤(3)所述的方法，继续在所得三维复合金属纳米颗粒阵列或者贵金属/半导体/金属三明治纳米结构表面继续进行组装，得到三层或三层以上三维复合金属纳米颗粒阵列或金属/半导体复合纳米结构。优选地，所述二维金属纳米颗粒阵列的形状包括三角状、碗状、环状和网格状。优选地，所述金属纳米颗粒包括银纳米颗粒、金纳米颗粒。优选地，所述二维半导体薄膜材料包括：石墨烯、二硫化钼、黑磷。优选地，所述用于进行激光轰击的基底为透明的优良热导体，包括：Al2O3、石英玻璃、ITO玻璃。一种三维复合金属纳米颗粒阵列，采用上述的方法制备得到。上述技术方案具体的可包括如下方案：方案一，(1)利用自组装手段，在基底表面制备出三角状二维单层贵金属纳米颗粒阵列；(2)利用激光脉冲轰击三角状二维贵金属纳米颗粒阵列基底背部，该三角状贵金属纳米颗粒阵列在高温下从基底剥离后，掉落于垂直于正下方的另一组三角状二维贵金属纳米颗粒阵列表面进行复合，得到两层三维复合贵金属纳米颗粒阵列。所述的基底可以为Al2O3或石英玻璃。此过程对应图1。方案二，(1)利用自组装手段，在基底表面制备出三角状二维单层贵金属三角状纳米颗粒阵列；(2)利用自组装手段，在另一基底表面制备出碗状二维单层贵金属纳米颗粒阵列；(3)利用激光脉冲轰击三角状二维贵金属纳米颗粒阵列基底背部，该三角状二维贵金属纳米颗粒阵列从基底剥离后，掉落于垂直于正下方的碗状二维贵金属纳米颗粒阵列表面进行复合，得到两层三维复合金属纳米颗粒阵列。所述的基底可以为Al2O3或石英玻璃。此过程对应图2。方案三，(1)利用自组装手段，在基底表面制备出三角状二维单层贵金属三角状纳米颗粒阵列；(2)利用方案二所述的方法，制备出两层三维复合贵金属纳米颗粒阵列；(3)继续利用激光脉冲轰击三角状二维贵金属纳米颗粒阵列基底背部，该三角状贵金属纳米颗粒阵列从基底剥离后，掉落于垂直于正下方的两层三维复合贵金属纳米颗粒阵列表面复合，得到三层三维复合贵金属纳米颗粒阵列。所述的基底可以为Al2O3、GaN或石英玻璃。此过程对应图3。方案四，(1)利用自组装手段，在基底表面制备出三角状二维单层贵金属纳米颗粒阵列；(2)在步骤(1)所得二维单层贵金属纳米颗粒阵列表面覆盖一层二维半导体单层薄膜；(3)利用激光脉冲轰击步骤(1)所得二维单层贵金属纳米颗粒阵列基底背部，该贵金属纳米颗粒阵列从基底剥离后，掉落于垂直于正下方的步骤(2)所得的二维半导体单层薄膜表面并进行复合，得到贵金属/半导体/贵金属三明治纳米结构阵列。所述的基底可以为Al2O3、GaN或石英玻璃。此过程对应图4。与现有技术相比，本专利技术可以通过改变上下两层贵金属纳米阵列的形貌、材料以及调节激光能量、频率等参数而得到不同形状的复合型合金纳米颗粒阵列，从而得到不同光学性能的复合材料。该方法所用设备简单、实验手段便利灵巧、效率高效。得到的三维有序合金纳米颗粒阵列在化学和生物传感器、超高密度数据存储介质、光电器件和化学催化剂等方面有着广泛的应用前景。附图说明利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制。图1是用本专利技术方案一制备得到的两层三维复合贵金属纳米颗粒阵列的示意图；图2是本专利技术方案二制备得到的两层三维复合金属纳米颗粒阵列的示意图；图3是用本专利技术方案三制备得到的三层三维复合贵金属纳米颗粒阵列的示意图；图4是用本专利技术方案四制备得到的贵金属/半导体/贵金属三明治纳米颗粒阵列的示意图。附图说明：1，热源；2，凸透镜；3，基底；4，三角状二维贵金属纳米阵列；5，碗状二维贵金属纳米颗粒阵列；6，二维半导体单层薄膜。具体实施方式为使本专利技术更加容易理解，下面将进一步阐述本专利技术的具体实施例。制备聚苯乙烯胶体球单层掩膜板以及制备不同形状的二维金属纳米颗粒阵列的方法参见中国专利CN102747320A：实施例1采用激光脉冲(0.06J/cm2，30fs)轰击三角状银纳米颗粒阵列基底背部，在激光和基底背部中间放置一凸透镜聚焦，通过激光高温熔解原理将银纳米颗粒阵列从基底表面剥离，利用自有落体运动规律掉落于下方的三角状银纳米颗粒阵列表面，与其复合得到两层三维银纳米颗粒阵列。该实验可以通过上下基底的间距和激光能量来调节银纳米颗粒的大小、间距等参数，从而便于定量研究其光学性质。实施例2采用激光脉冲(0.05J/cm2，30fs)打击三角状银纳米颗粒阵列基底背部，在激光和基底背部中间放置一凸透镜聚焦，通过激光高温溶解原理将银纳米颗粒阵列从基底表面剥离，利用自有落体运动规律掉落于下方的碗状银纳米颗粒阵列表面，与其复合得到两层三维银纳米颗粒阵列。该实验可以通过上下基底的间距和激光能量来调节银纳米颗粒的大小、间距等参数，从而便于定量研究其光学性质。实施例3采用激光脉冲(0.05J/cm2，30fs)打击三角状金纳米颗粒阵列基底背部，在激光和基底背部中间放置一凸透镜聚焦，通过激光高温溶解原理将金纳米颗粒阵列从基底表面剥离，利用自有落体运动规律掉落于下方的碗状银纳米颗粒阵列表面，与其复合得到两层三维金/银纳米颗粒阵列。该实验可以通过上下基底的间距和激光能量来调节银纳米颗粒的大小、间距等参数，从而便于定量研究其光学性质。实施例4采用激光脉冲(0本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光脉冲辅助制备复合金属纳米颗粒阵列的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在基底上制备出二维金属纳米颗粒阵列；(2)在步骤(1)所述的二维金属纳米颗粒阵列表面覆盖一层二维半导体薄膜；(3)利用激光脉冲作为热源轰击步骤(1)所得附着有二维金属纳米颗粒阵列的基底背部，使该二维金属纳米颗粒阵列从基底表面熔解脱落，掉落到正下方的另一组二维金属纳米颗粒阵列或者二维半导体薄膜表面，与所述二维金属纳米颗粒阵列或者二维半导体薄膜复合，得到两层三维复合金属纳米颗粒阵列或者金属/半导体/金属三明治纳米结构。

【技术特征摘要】
1.一种激光脉冲辅助制备复合金属纳米颗粒阵列的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在基底上制备出二维金属纳米颗粒阵列；(2)在步骤(1)所述的二维金属纳米颗粒阵列表面覆盖一层二维半导体薄膜；(3)利用激光脉冲作为热源轰击步骤(1)所得附着有二维金属纳米颗粒阵列的基底背部，使该二维金属纳米颗粒阵列从基底表面熔解脱落，掉落到正下方的另一组二维金属纳米颗粒阵列或者二维半导体薄膜表面，与所述二维金属纳米颗粒阵列或者二维半导体薄膜复合，得到两层三维复合金属纳米颗粒阵列或者金属/半导体/金属三明治纳米结构。2.根据权利要求1所述的激光脉冲辅助制备复合金属纳米颗粒阵列的方法，其特征在于，采用步骤(3)所述的方法，继续在所得三维复合金属纳米颗粒阵列或者贵金属/半导体/金属三明治纳米结构表面继续进行组装，得到三层或三层...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅菲，周远明，徐进霞，冯佳欢，
申请(专利权)人：湖北工业大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42