【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种表面功能化方法，也就是使得能够为表面增加至少一种性能以赋予其至少一种新功能(例如提高其化学反应性)的方法。本专利技术更特别地涉及通过在由给定材料制成的基底的表面上产生纳米粒子的表面功能化方法。
技术介绍
1、通过在由给定材料(称作基础材料)制成的基底的表面上产生纳米粒子(即特征尺寸小于几百纳米的粒子)，从而使得能够赋予如此处理的材料新的功能。这尤其归因于所获得的比表面积大于处理前的材料的比表面积，并且由于其非常小的尺寸，所述纳米粒子具有更大比例的低配位原子(位于纳米粒子的边缘或顶点上)，这使得其是特别反应性的(大量活性位点)。此外，在材料表面添加纳米结构会改变其润湿性：亲水或非常疏水的表面可因此以受控方式获得。
2、这些功能可为例如抗微生物(抗菌或杀病毒)表面赋予感兴趣的优势。
3、此外，通过将例如cu或ag(因其抗微生物性能而为人所知的元素)以纳米粒子的形式暴露在表面上，可以提高如此处理的表面针对与其接触的微生物的降解和破坏的反应性。这使得能够减少在人员密集环境中的污染，这种污染是由接触受污染物体而引起的(例如在医院等医疗环境中减少医院感染疾病)。这种处理可例如被应用到经常与手接触的部件(例如门把手或门牌、扶手、栏杆、水龙头)上或者被应用到通风系统或水纯化系统等上。
4、表面功能化还使得能够产生催化表面，在多相催化的背景下，应用于工业化学和精细化学、环境催化。
5、这例如可通过在表面上产生对所寻求的反应具有已知催化性能的元素(贵金属或过渡金属)的纳米粒子来实现。
6、生成贵金属(如金(au)、银(ag)、铜(cu)、铂(pt)或钯(pd))的纳米粒子在等离子体学领域中也是令人感兴趣的，可应用于生物学、医学和催化中的分子检测，通过利用这些纳米结构的表面等离子共振的装置来实现。
7、可以根据不同的方法在载体材料(在此称为基底)的表面上产生纳米粒子。
8、最常见的是通过产生纳米粒子的外部材料供应来进行。沉积可通过用装载有纳米粒子的溶液的浸渍、涂布、离心或电泳来进行。
9、另外可选地，可以使用所供应的材料原位生成纳米粒子：这是电沉积、气相沉积或真空蒸发的情况，通常之后进行高温退火。
10、这些不同方法的缺点是纳米粒子在其载体上的粘附性弱：由于粒子只是简单地置于处理过的材料的表面上，因此它们能够在使用所考虑的部件的过程中分离并释放到环境中。
11、与使用分散在基底上的纳米粒子相关的另一个问题是其在烃环境中在金属纳米粒子的表面上碳的生长、团聚和“焦化”即累积的趋势，这使得其化学活性较低。
12、此外，通过用装载有纳米粒子的溶液的涂布进行的沉积意味着要提前制备和处理纳米粒子，这会给操作者的健康带来风险。
13、为了避免这些不同的弱点，已经设想由载体材料产生纳米粒子。
14、图1非常示意性地说明了这种原理：不是获得如图1a所示沉积在基础材料(基底表面)上的纳米粒子，而是如图1b所示由基底材料产生纳米粒子，这使得它们在基底表面上有更好的锚定。
15、为此，最近开发的一种方法是例如纳米粒子的氧化还原出溶(也称为固相重结晶)。
16、文献gb2566104(a)例如描述了一种方法，其中在氧化条件下在通式abo3的钙钛矿晶体的b位取代催化活性的过渡金属(例如钙钛矿laxsr1-3x/2tio3中的镍(ni)，其中la表示镧，sr表示锶，ti表示钛且o表示氧)，然后将所获得的材料在还原气氛中加热到高温，这导致金属纳米粒子(在本例中为ni)从其体积中释放到钙钛矿的表面上。如此获得的粒子与它们所扎根于其中的载体具有强相互作用，这是由于它们从载体材料生长所导致的。然而，这种方法仅限于如上所述的组合物和结晶相的基底处理。
17、还提出了一种激光辐照方法，用于从金属表面产生纳米粒子；纳米粒子则具有与辐照的基底材料相同的化学组成：在ag表面上形成的ag纳米粒子，在cu表面上形成的cu纳米粒子。这例如在文献ca2874686(a1)中进行了描述。
18、下面的文章还涉及在表面上产生纳米粒子的不同方法：
19、-hamad等人，femtosecond laser-induced,nanoparticle-embedded periodicsurface structures on crystalline silicon for reproducible and multi-utilitysers platforms,acs omega 3(2018)18420-18432；
20、-neagu,d.等人，nano-socketed nickel particles with enhanced cokingresistance grown in situ by redox exsolution.nat.commun.6(2015)8120；
21、-guay j.m.等人，laser-induced plasmonic colours on metals,na-turecommunications 8(2017)16095；
22、-fan等人，j.appl.phys.115,124302(2014)，以及j.appl.phys.114,083518(2013)；
23、-mohan等人，applied physics a；materials science&processing,springer,berlin,de,vol.86,no.1，2006年10月28日，第73-82页。
技术实现思路
1、目的-要解决的技术问题
2、本专利技术的一个目的因而在于形成纳米粒子，所述纳米粒子对其所产生于其上的表面具有随着时间推移的良好粘附性，尤其是下述这样的纳米粒子：该纳米粒子包含具有感兴趣的催化、抗微生物和/或等离子体性能的化学元素如贵金属或过渡金属。
3、另一个目的是提供一种简单且可工业化的功能化方法，在成本、处理条件和可被处理的部件(形状、化学性质、耐热性或耐化学性)方面要求不高。
4、另一个目的是提供一种能够避免处理或操作纳米粒子的方法。
5、再一个目的是提供处理的表面的局部功能化，同时能够精细地选择要处理的表面的区域，可能是以微米分辨率的，并且对部件体积具有低影响。
6、本专利技术的公开
7、为了至少部分地实现上述目的，根据本专利技术的第一方面，提出了一种用于在基底的表面上产生纳米粒子的方法，该方法包括：
8、-提供具有自由表面的基底的步骤，该基底由具有以下化学组成的材料制成，该化学组成包含：
9、○来自元素周期分类表第4、5、13和14列的至少一种元素，特别是来自ti(钛)、zr(锆)、hf(铪)、nb(铌)、ta(钽)、v(钒)、al(铝)或si(硅)中的至少一种元素，优选ti和/或zr本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.在基底的表面上产生纳米粒子的方法，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中激光发射持续时间为1fs至100ps的脉冲。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中该表面由以1kHz-25GHz的重复频率重复的激光脉冲辐照。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，包括使用扫描器在基底的自由表面上扫描激光的步骤，和/或使用转台、特别是机动转台相对于激光移动基底的自由表面的步骤。
5.包括至少一个基底的部件，该基底由具有以下化学组成的材料制成，该化学组成包含至少：
6.根据权利要求5所述的部件，其特征在于，来自元素周期分类表第4、5、13或14列的至少一种元素选自Ti(钛)、Zr(锆)、Hf(铪)、Nb(铌)、Ta(钽)、V(钒)、Al(铝)或Si(硅)，优选Ti和/或Zr。
7.根据权利要求5或6中任一项所述的部件，其特征在于，来自元素周期分类表第8-11列的至少一种贵金属或过渡金属选自Au(金)、Ag(银)、Pt(铂)、Pd(钯)、Cu(铜)、Fe(铁)、Co(钴)、Ni(镍)，优选Cu、A
8.根据权利要求5-7中任一项所述的部件，其特征在于，该至少一种纳米粒子具有1nm-200nm的特征尺寸。
9.根据权利要求5-8中任一项所述的部件，其特征在于，包含至少一种贵金属或过渡金属的该至少一种纳米粒子包含来自Au、Ag、Pt、Pd、Cu、Fe、Co或Ni中的一种，优选Cu、Ag和/或Au。
10.根据权利要求5-9中任一项所述的部件，其特征在于，该至少一种纳米粒子结晶。
11.根据权利要求5-10中任一项所述的部件，其特征在于，该纳米结构还包括周期性波动。
12.根据权利要求5-11中任一项所述的部件，其特征在于，该周期性波动按照200nm-1000nm的空间周期性在表面上周期性地重复。
13.根据权利要求11或12中任一项所述的部件，其特征在于，该至少一种纳米粒子在该波动之一的波峰上形成。
14.根据权利要求5-13中任一项所述的部件，其特征在于，该基底的表面的仅一部分具有纳米结构。
15.根据权利要求5-14中任一项所述的部件，其特征在于，来自第4、5、13和14列的该至少一种元素在处理的材料的表面上形成氧化物层。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.在基底的表面上产生纳米粒子的方法，该方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其中激光发射持续时间为1fs至100ps的脉冲。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的方法，其中该表面由以1khz-25ghz的重复频率重复的激光脉冲辐照。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，包括使用扫描器在基底的自由表面上扫描激光的步骤，和/或使用转台、特别是机动转台相对于激光移动基底的自由表面的步骤。
5.包括至少一个基底的部件，该基底由具有以下化学组成的材料制成，该化学组成包含至少：
6.根据权利要求5所述的部件，其特征在于，来自元素周期分类表第4、5、13或14列的至少一种元素选自ti(钛)、zr(锆)、hf(铪)、nb(铌)、ta(钽)、v(钒)、al(铝)或si(硅)，优选ti和/或zr。
7.根据权利要求5或6中任一项所述的部件，其特征在于，来自元素周期分类表第8-11列的至少一种贵金属或过渡金属选自au(金)、ag(银)、pt(铂)、pd(钯)、cu(铜)、fe(铁)、co(钴)、ni(镍)，优选cu、ag和/或au。
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【专利技术属性】
技术研发人员：MA·勒罗伊，C·G·普皮埃尔，S·达斯颂内维勒，P·斯特耶尔，A·鲍洛托，S·布鲁耶雷，JF·皮尔森，M·普鲁丹特，JP·克罗比尔，F·博尔佳德，F·佳雷烈，
申请(专利权)人：流体力学与摩擦公司，
类型：发明
国别省市：
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