阅读说明：本技术 激光诱导制备纳米合金颗粒的方法 (Method for preparing nano alloy particles by laser induction ) 是由 周圣军 赵强 桂成群 陈东 万泽洪 于 2019-09-19 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种激光诱导制备纳米合金颗粒的方法,包括以下步骤：步骤1.将至少两种金属纳米材料溶液加入到离心管中,再添加适量的挥发性溶剂形成混合溶液；步骤2.超声混合溶液,使所有金属纳米材料混合均匀；步骤3.离心浓缩超声后的混合溶液,获得纳米浆料；步骤4.旋涂纳米浆料至基板上；步骤5.对旋涂完成后的基板进行真空加热干燥,在基板表面形成干燥涂覆层；步骤6.把透光片压在形成有干燥涂覆层的基板面上,然后激光穿过透光片扫描基板上的金属纳米材料,即可制得纳米合金颗粒,其中,激光的功率不低于220mW,光斑直径大于70um。本方法具有重复性好,生产速度快,效率高、耗时短,操作简单等优点。(The invention provides a method for preparing nano alloy particles by laser induction, which comprises the following steps: step 1, adding at least two metal nano material solutions into a centrifugal tube, and adding a proper amount of volatile solvent to form a mixed solution; step 2, ultrasonically mixing the solution to uniformly mix all the metal nano materials; step 3, centrifugally concentrating the mixed solution after ultrasonic treatment to obtain nano slurry; step 4, spin-coating the nano-slurry on the substrate; step 5, carrying out vacuum heating drying on the substrate after the spin coating is finished, and forming a dry coating layer on the surface of the substrate; and 6, pressing the light-transmitting sheet on the surface of the substrate with the dry coating layer, and then scanning the metal nano material on the substrate by passing laser through the light-transmitting sheet to obtain the nano alloy particles, wherein the power of the laser is not lower than 220mW, and the diameter of a light spot is larger than 70 um. The method has the advantages of good repeatability, high production speed, high efficiency, short time consumption, simple operation and the like.)

激光诱导制备纳米合金颗粒的方法

技术领域

本发明属于纳米功能结构/材料的制备技术领域，具体涉及激光诱导制备纳米合金颗粒的方法。

背景技术

纳米合金颗粒在催化、能源存储、生物成像、等离子体成像等领域受到广泛的关注。大面积纳米合金颗粒的制备方法，可以有效的促进科技的发展。

当今的研究者发明了很多的纳米合金颗粒的制备方法，如湿法合成、碳热震荡、扫描探针嵌段聚合物光刻技术方法，但是这些方法都有一定的缺陷。如湿法合成和扫描探针嵌段聚合物光刻速度慢，效率低；碳热震荡虽然速度快，并且制备的纳米合金颗粒可包含八种金属，但由于操作条件苛刻，并且设备非常昂贵，因此并不适用于大规模量产。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种激光诱导制备纳米合金颗粒的方法。

本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：

本发明提供一种激光诱导制备纳米合金颗粒的方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.将至少两种金属纳米材料溶液加入到离心管中，再添加适量的挥发性溶剂形成混合溶液；步骤2.超声混合溶液，使所有金属纳米材料混合均匀；步骤3.离心浓缩超声后的混合溶液，获得纳米浆料；步骤4.旋涂纳米浆料至基板上；步骤5.对旋涂完成后的基板进行真空加热干燥，在基板表面形成干燥涂覆层；步骤6.把透光片压在形成有干燥涂覆层的基板面上，然后激光穿过透光片扫描基板上的金属纳米材料，即可制得纳米合金颗粒，其中，激光的功率不低于220mW，光斑直径大于70um。

优选地，本发明提供的激光诱导制备纳米合金颗粒的方法还可以具有以下特征：在步骤1中，采用的金属纳米材料为金属纳米颗粒或金属纳米线材料或两者的混合材料，并且，金属纳米颗粒的直径为10～600nm，金属纳米线的直径为10～800nm，而且纳米线表面没有包覆着分散剂。

优选地，本发明提供的激光诱导制备纳米合金颗粒的方法还可以具有以下特征：在步骤1中，采用的挥发性溶剂为醇类、酮类、苯类、氯仿和去离子水中任意一种或几种的混合物。

优选地，本发明提供的激光诱导制备纳米合金颗粒的方法还可以具有以下特征：在步骤1中，混合溶液的体积和金属纳米材料溶液的体积之比大于1:1，更优选为3：1～15:1。

优选地，本发明提供的激光诱导制备纳米合金颗粒的方法还可以具有以下特征：在步骤2中，超声时间为5min～40min；超声功率大于70W，更优选为80W～100W。

优选地，本发明提供的激光诱导制备纳米合金颗粒的方法还可以具有以下特征：在步骤3中，离心浓缩的离心转速为2000～15000rad/min，离心时间为2min～10min，离心后的纳米浆料体积为混合溶液体积的5％～25％。

优选地，本发明提供的激光诱导制备纳米合金颗粒的方法还可以具有以下特征：在步骤4中，旋涂速度为100rad/min～6000rad/min，旋涂时间为5s～60s。

优选地，本发明提供的激光诱导制备纳米合金颗粒的方法还可以具有以下特征：在步骤4中，基板为研磨后的表面光滑平整的金属基板，并且表面粗糙度等级应小于0.1。

优选地，本发明提供的激光诱导制备纳米合金颗粒的方法还可以具有以下特征：在步骤5中，真空加热干燥的温度为30～65℃，时间为5～1800s。

优选地，本发明提供的激光诱导制备纳米合金颗粒的方法还可以具有以下特征：在步骤6中，采用的激光为纳秒激光、皮秒激光或飞秒激光，激光的扫描速度为20～2000mm/s，光斑直径为70～200um，激光的脉冲频率为10～200k，脉冲宽度为50fs～200ns，激光的波长为248～1064nm，激光的功率为220mW～5000mW。

发明的作用与效果

本发明所提供的激光诱导制备纳米合金颗粒的方法，将对应的金属纳米材料依次添加到易挥发的溶剂中，通过超声和离心的方法，获得混合均匀的金属纳米浆料，再将金属纳米浆料旋涂至基板上，待溶剂完全挥发后，在基板上放置透光片，然后采用功率不低于220mW、并且光斑直径大于70um的激光穿过透光片扫描金属纳米混合材料，即可获得纳米合金颗粒，非常适用于易分散在溶剂中的零维或一维金属纳米材料，具有重复性好，生产速度快，效率高、耗时短，操作简单等优点，非常适合大规模量产。

附图说明

图1为本发明实施例中激光诱导制备纳米合金颗粒方法的操作流程图；

图2为本发明实施例一中采用的银纳米颗粒的扫描电镜(SEM)图；

图3为本发明实施例中采用的铜纳米线的扫描电镜图；

图4是本发明实施例一中制备的银铜纳米合金颗粒的扫描电镜图；

图5为本发明实施例一中制备的单颗粒纳米合金的能谱分析(EDS)元素图。

图6为本发明实施例二中采用的银纳米线的扫描电镜图；

图7为本发明实施例二中制备的银铜纳米合金颗粒的扫描电镜图；

图8为本发明实施例二中制备的单颗粒纳米合金的能谱分析(EDS)元素图。

以上各图中标号含义为：

100-吸管，101-离心管，102-第一种金属纳米材料溶液，103-第一种金属纳米材料溶液，104-两种金属纳米材料的混合溶液，105-易挥发性溶剂，106-金属纳米材料和挥发性溶剂的混合溶液，107-超声清洗机，108-去离子水，109-离心机，110-上清液，111-金属纳米浆料，112-基板，113-激光设备，114-激光，115-透光片，116-干燥的金属纳米混合材料，117-纳米合金颗粒。

具体实施方式

以下结合附图对本发明涉及的激光诱导制备纳米合金颗粒的方法的具体实施方案进行详细地说明。

<实施例一>

如图1所示，本实施例一提供的激光诱导制备纳米合金颗粒的方法具体包括以下步骤：

S1-1.用吸管100将第一种金属纳米材料的溶液102转移至离心管101中；本实施例一中，采用的第一种金属纳米材料为如图2所示的银纳米颗粒，溶剂为无水乙醇(99.7wt.％)，整个溶液102的体积为900ul，浓度为0.1mg/ml，离心管101容积为4ml；

S1-2.用吸管100将第二种金属纳米材料溶液103转移至离心管101中，形成两种金属纳米材料的混合溶液104；本实施例一中，采用的第二种金属纳米材料为如图3所示的铜纳米线，溶剂为无水乙醇(99.7wt.％)，整个溶液103的体积为300ul，浓度为10mg/m；

S1-3.用吸管100添加易挥发性溶剂105至离心管101，形成混合溶液106；本实施例一中，是用吸管100添加酒精至至离心管101的4ml刻度处；

S2.将离心管101置于超声清洗机107中进行超声，本实施例一中，设定超声功率为100W，超声时间为20min；

S3-1.超声结束后，取出离心管101，并将其安放在离心机109中进行离心，本实施例一中，离心转速为10000r/min，离心时间为6min；

S3-2.离心结束后，去除上清液110，留下高浓度的金属纳米浆料111；本实施例一中，在离心分离后，用吸管取出了3.5ml的上清液；

S4.将高纯度的金属纳米浆料111旋涂至基板112上，本实施例一中，设定旋涂机的旋转速度为300rad/min，旋转时间为30s，采用的基板112为表面平整且粗糙度等级小于0.1的金属铝片；

S5.基板112进行真空加热干燥，本实施例一中，是将基板112放入真空干燥箱中，干燥箱温度为50℃，时间为5min，待溶剂完全挥发后，取出基板112，基板112表面形成有干燥的金属纳米混合材料116；

S6-1.在基板112上放置透光片115，激光114穿过透光片115，扫描干燥的金属纳米混合材料116；本实施例一中，采用透明玻璃片作为透光片115，放置在基板112上，压住金属纳米混合材料116；采用的激光为纳秒激光，激光的波长为1064nm，激光的功率为250mW，扫描速度为500mm/s，光斑直径为78um，激光的脉冲频率为20k，脉冲宽度为115ns；

S6-2.激光114扫描结束后，即获得纳米合金颗粒117。

性能表征：

如图4所示，通过扫描电镜图可知，本实施例一中制备的纳米合金颗粒直径为50nm～1000nm，且形状较为规整，表面无明显空洞。如图5所示，通过能谱分析可以证实本实施例一中制备的纳米合金颗粒含有银和铜两种金属元素。

<实施例二>

如图1所示，本实施例二提供的激光诱导制备纳米合金颗粒的方法具体包括以下步骤：

S1-1.用吸管100将第一种金属纳米材料的溶液102转移至离心管101中；本实施例二中，采用的第一种金属纳米材料为如图6所示的银纳米线，溶剂为无水乙醇(99.7wt.％)，整个溶液102的体积为300ul，浓度为10mg/ml，离心管101容积为4ml；

S1-2.用吸管100将第二种金属纳米材料溶液103转移至离心管101中，形成两种金属纳米材料的混合溶液104；本实施例二中，采用的第二种金属纳米材料为如图3所示的铜纳米线，溶剂为无水乙醇(99.7wt.％)，整个溶液103的体积为300ul，浓度为10mg/m；

S1-3.用吸管100添加易挥发性溶剂105至离心管101，形成混合溶液106；本实施例二中，是用吸管100添加去离子水至至离心管101的4ml刻度处；

S2.将离心管101置于超声清洗机107中进行超声，本实施例二中，设定超声功率为100W，超声时间为20min；

S3-1.超声结束后，取出离心管101，并将其安放在离心机109中进行离心，本实施例二中，离心转速为7000r/min，离心时间为6min；

S3-2.离心结束后，去除上清液110，留下高浓度的金属纳米浆料111；本实施例二中，在离心分离后，用吸管取出了3.5ml的上清液；

S4.将高纯度的金属纳米浆料111旋涂至基板112上，本实施例二中，设定旋涂机的旋转速度为500rad/min，旋转时间为25s，采用的基板112为表面平整且粗糙度等级小于0.1的金属铝片；

S5.基板112进行真空加热干燥，本实施例二中，是将基板112放入真空干燥箱中，干燥箱温度为45℃，时间为10min，待溶剂完全挥发后，取出基板112，基板112表面形成有干燥的金属纳米混合材料116；

S6-1.在基板112上放置透光片115，激光114穿过透光片115，扫描干燥的金属纳米混合材料116；本实施例二中，采用透明玻璃片作为透光片115，放置在基板112上，压住金属纳米混合材料116；采用的激光为纳秒激光，激光的波长为1064nm，激光的功率为250mW，扫描速度为1000mm/s，光斑直径为78um，激光的脉冲频率为20k，脉冲宽度为115ns；

S6-2.激光114扫描结束后，即获得纳米合金颗粒117。

性能表征：

如图7所示，通过扫描电镜图可知，本实施例二中制备的纳米合金颗粒直径为100nm～800nm，表面无明显空洞。如图8所示，通过能谱分析可以证实本实施例二中制备的纳米合金颗粒含有银和铜两种金属元素。

以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的激光诱导制备纳米合金颗粒的方法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。