一種雷射誘導材料還原性製備多形態金納米結構的方法與流程

2023-10-17 17:01:04 1

本發明涉及一種雷射誘導材料還原性製備多形態金納米結構的方法，屬於微納米製造領域。

背景技術：
二硫化鉬是新型的類石墨烯的二維材料，在電子學、光電子學、傳感、光催化等領域有著廣泛的應用，所以其表面化學活性調控有著重要的意義。材料表面改性可以通過多種化學方法和物理方法來實現，包括等離子體刻蝕、電子束加工、化學刻蝕、電化學和雷射加工法；其中雷射加工法速度快、靈活、非接觸、無汙染、無需苛刻條件，而飛秒雷射更是具有脈衝持續時間短、脈衝峰值功率高、能夠避免熱效應防止材料熱氧化、可精確聚焦以定位加工等優勢；製備金納米結構的常用方法是化學還原劑還原法，但是該方法需要特殊的化學環境、複雜的化學處理過程、多種化學試劑(還原劑、穩定劑)，從而不易於調控參數、易於引入雜質元素，且使用多種化學試劑不利於環保。

技術實現要素：
本發明的目的是為了解決現有的化學方法製備金納米結構過程中存在需要特殊化學環境、需要還原劑，易於引入雜質的問題，提供了一種用飛秒雷射誘導二硫化鉬表面還原性製備金納米結構的方法。本發明的目的通過以下技術來實現。一種雷射誘導材料還原性製備多形態金納米結構的方法，具體步驟如下：步驟一、通過飛秒雷射脈衝序列聚焦到二硫化鉬薄膜表面(雷射能量0～1uJ，脈衝延時0.1～20ps，掃描速度30～2000um/s)，誘導出二硫化鉬薄膜表面不同程度的還原性，得到被改性後的二硫化鉬薄膜。步驟二、將步驟一中被改性後的二硫化鉬薄膜浸入濃度為0.2～8mM/L的氯金酸溶液中，二硫化鉬薄膜的被改性區域與氯金酸發生還原反應。步驟三、還原反應完全後，將步驟二中的樣品拿出進行乾燥處理，即得到多形態金納米結構。步驟一所述的飛秒雷射脈衝序列包括：飛秒雷射器，半波片，偏振片，中性密度衰減片，基於麥可遜幹涉儀的飛秒雷射雙脈衝發生裝置，機械開關，二向色鏡，聚焦物鏡，待加工樣品，六維精密電控平移臺，二向色鏡，白光照明光源，聚焦透鏡，CCD動態成像單元，計算機。裝置的連接關係：飛秒雷射器發出的雷射光束經過半波片和偏振片，能量被一次衰減，再經過中性密度衰減片，能量被二次衰減，之後雷射光束進入基於麥可遜幹涉儀的飛秒雷射雙脈衝發生裝置，經過時域整形得到飛秒雷射脈衝序列，然後經過機械開關，被二向色鏡反射，經聚焦物鏡聚焦到位於六維精密電控平移臺上的待加工樣品上表面，位於最上方的白光照明光源發出的照明光經過二向色鏡、二向色鏡和聚焦物鏡照到待加工樣品的表面，進行反射，反射後的照明光再經過聚焦物鏡和二向色鏡返回，經過二向色鏡反射，通過聚焦透鏡，到達CCD動態成像單元，計算機連接飛秒雷射器，控制基於麥可遜幹涉儀的飛秒雷射雙脈衝發生裝置以調節脈衝延時的長短，控制機械開關的打開與關閉，控制六維精密電控平移臺使其在XYZ方向進行運動，並連接CCD動態成像單元進行加工樣品表面的監控。有益效果1、本發明的一種雷射誘導材料還原性製備多形態金納米結構的方法，利用飛秒雷射脈衝序列調控使二硫化鉬表面具有化學還原活性從而直接還原得到金納米結構，具有無需特殊化學環境、無需任何化學試劑、綠色無汙染、操作簡單、靈活等優勢。2、本發明的一種雷射誘導材料還原性製備多形態金納米結構的方法，可以得到多種形貌的金納米結構，而在相同的實驗條件下，傳統的飛秒雷射脈衝方法只能得到一種金的納米結構。3、本發明的一種雷射誘導材料還原性製備多形態金納米結構的方法，由於飛秒雷射脈衝序列的超快、非線性、非熱效應，在改性二硫化鉬表面時，不會導致材料熱氧化為三氧化鉬，即引入雜質元素降低還原性。附圖說明圖1為本發明實施的方法圖；圖2為飛秒雷射脈衝序列加工光路示意圖；圖3為實施例1得到的金納米結構形貌；圖4為實施例2得到的金納米結構形貌；圖5為實施例3得到的金納米結構形貌；圖6為實施例4得到的金納米結構形貌；圖7為實施例5得到的金納米結構形貌。其中，1-飛秒雷射器，2-半波片，3-偏振片，4-中性密度衰減片，5-基於麥可遜幹涉儀的飛秒雷射雙脈衝發生裝置，6-機械開關，7-二向色鏡，8-聚焦物鏡，9-待加工樣品，10-六維精密電控平移臺，11-二向色鏡，12-白光照明光源，13-聚焦透鏡，14-CCD動態成像單元，15-計算機。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明(該發明實施方式的方法如圖1所示，飛秒雷射脈衝序列加工光路示意圖如圖2所示)。實施例1利用雷射誘導材料還原性製備多形態金納米結構的方法，具體步驟如下：(1)飛秒雷射器產生飛秒雷射，脈衝形式為單脈衝。(2)雷射光束進入基於麥可遜幹涉儀的飛秒雷射雙脈衝發生裝置，經過時域整形得到飛秒雷射脈衝序列，兩個子脈衝能量比為1:1。(3)將(2)中的飛秒雷射脈衝序列經過聚焦物鏡聚焦到待加工樣品的上...