一種在有機溶劑中製備金屬納米顆粒的裝置的製作方法
2023-05-30 20:49:06 1
專利名稱：一種在有機溶劑中製備金屬納米顆粒的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種 在有機溶劑中製備金屬納米顆粒的裝置，本發明製備的金屬納米顆粒純淨、大小可控且粒度均一。
背景技術：
金屬納米顆粒在生物、物理、化學等領域有著廣泛的應用。傳統的製備方法是化學溶膠-凝膠法，該方法雖然產量高但過程複雜，一般的分散液是水，對於不同有機溶劑，需選用相應的穩定劑。在很多生物以及物理領域中，需要在各種有機溶劑中製備化學上「純淨」的金屬納米顆粒。比如，生物探測和成像需要無毒的銀納米顆粒，而化學方法合成的納米顆粒多含有毒化學物質，需要經過複雜的處理才能安全應用；又如，金屬納米顆粒用於增強拉曼散射時，傳統的檸檬酸鹽還原法製備的金屬納米顆粒的拉曼增強活性隨著膠體放置的時間而發生很大改變，需要一種化學「純淨」的膠體。與化學方法相比，物理方法具有得天獨厚的優勢。1997年Marek Prochazka等人就已經用雷射燒蝕方法製備出銀納米顆粒，並應用於增強拉曼散射[ProbingApplications of Laser-Ablated Ag Colloids in SERS Spectroscopy Improvement ofAblation Procedure and SERS Spectral Testing, Analytical Chemistry，69(24)5103，1997]。實際應用中，人們希望製備顆粒度均勻,大小可控的金屬納米顆粒溶液。Fumitaka等人在溶液中添加適量十二烷基硫酸鈉後，得到粒度均勻可控的金屬納米顆粒，但這種方法還是引入了表面活性劑，不能不說是一種「化學汙染」。
發明內容
本發明的目的在於提供一種在有機溶劑中製備金屬納米顆粒的裝置，在雷射燒蝕部分之外，添加雷射輻照和實時監測組件，對納米顆粒的大小和均勻性進行控制，從而在有機溶劑中製備出所需大小的單分散金屬納米顆粒膠體。為實現上述目的，本發明提供的在有機溶劑中製備金屬納米顆粒的裝置，包括有一雷射器，該雷射器的光路上設置有一分束鏡，將雷射器的光路分成燒蝕光路和輻照光路；其中燒蝕光路經過聚焦後通過一全反鏡垂直照射在有機溶劑中的金屬靶材上；輻照光路經過雷射擴束器成為非聚焦雷射對有機溶劑進行輻照；一吸收光譜儀，測量有機溶劑中金屬納米顆粒的大小和含量。所述的裝置，其中燒蝕光路和輻照光路中各設置有雷射功率探測器。所述的裝置，其中燒蝕光路和輻照光路中均設置有衰減器控制光強。所述的裝置，其中有機溶劑和金屬靶材均放置在比色皿中。所述的裝置，其中比色皿固定在底座上，以保證雷射的良好聚焦。所述的裝置，其中比色皿可以從固定座上取下直接於吸收光譜儀上測量吸收譜。
所述的裝置，其中金屬靶材浸沒於有機溶劑下方2cm。本發明的優點是將雷射燒蝕和雷射輻照結合起來，對燒蝕過程以及晶粒生長過程進行控制，並用吸收譜進行監控，從而在有機溶劑中得到單分散的金屬納米顆粒。
圖I是本發明的裝置結構示意圖。圖2是實施例一製備的銀納米顆粒的紫外可見吸收譜。圖3是實施例一製備的銀納米顆粒的TEM圖。圖4是實施例二製備的銀納米顆粒的紫外可見吸收譜。圖中組件符號說明雷射器I ;第一分束鏡2 ;第二分束鏡22 ;第三分束鏡222 ;凸透鏡3 ;第一雷射功率探測器4 ;第二雷射功率探測器44 ;全反鏡5 ；比色皿6 ；比色皿固定臺7 ;第一衰減器8 ；第二衰減器88 ;紫外-可見光柵光譜儀9 ;雷射擴束器10。
具體實施例方式請參閱圖I所示，本發明提供的在有機溶劑中製備金屬納米顆粒的裝置，在雷射器I的光路上設置有一片60% 40%的分束鏡2，將雷射器的光路分成功率為60%的燒蝕光路，以及功率為40%的輻照光路。其中燒蝕光路由凸透鏡3聚焦後再由全反射鏡5垂直照射在比色皿6中。燒蝕光路中設置有雷射功率探測器4和衰減器8，並將燒蝕光路中第三分光束222分出的部分光強用於監測和調節雷射器的功率。輻照光路由第二分束器22反射至雷射擴束器10，將輻照光路變換為非聚焦雷射，使擴束後的光束儘量覆蓋比色皿6中的全部溶液，以保證溶液中各處的納米顆粒受到作用。輻照光路中設置有第二雷射功率探測器44和第二衰減器88，並將輻照光路中第三分光束22分出的部分光強用於監測和調節雷射器的功率。比色皿6用於盛放有機溶劑和金屬IE材,金屬IE材放置在有機溶劑液面下約2cm·處。比色皿6固定在一個金屬製成的比色皿固定臺7中，固定後比色皿6受到雷射衝擊產生的位置漂移以及每次裝卸時產生的位置誤差遠小於雷射的瑞利散射長度，以保證雷射的良好聚焦。本發明在使用時的調整過程，首先調整燒蝕光路，使得光線垂直聚焦在浸沒在溶液中的金屬靶上。調整輻照光路時，應使擴束後的光束儘量覆蓋整個溶液，以保證溶液中各處的納米顆粒受到作用。具體操作過程中，可以根據需要單獨打開燒蝕光路、輻照光路或者同時打開兩路。增加燒蝕光路的功率，可以提高納米顆粒產生的速率，同時會產生比較大的顆粒，此時需要同時打開輻照光路對產生的顆粒大小進行調整。下面結合實例對本發明作進一步說明實施例一在PGMEA中製備銀納米顆粒雷射光路分為圖I所示上部的燒蝕光路和下部的輻照光路。使用Nd: YAG雷射器產生的倍頻光532nm，脈寬10ns，重複頻率10Hz，分束後60%用於燒蝕，40%用於輻照。每一路均有衰減器以調節光強並分出40%用於監測功率。燒蝕光束經150_石英透鏡聚焦在浸沒在有機溶液中的金屬靶上。輻照光路經過擴束器輻照整個溶液。雷射燒蝕出來了的金屬納米顆粒，在額外雷射的輻照下，將會被融化並重新生長成大小均勻的顆粒。本發明的方法不引入額外的化學物質，而且通過控制生長過程可以控制生成納米顆粒的大小。石英比色皿可以隨時取下並直接放在光柵光譜儀中快速測量紫外-可見吸收譜。在IOmm光程比色皿6中盛裝2ml丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)，將一小塊直徑為8mm,厚度為Imm的銀片拋光,用30%硝酸浸泡20分鐘後,清洗乾淨放入比色皿6中。將比色皿6固定在比色皿 固定架7上，固定後比色皿受到雷射衝擊產生的位置漂移以及每次裝卸長生的位置誤差遠小於雷射的瑞利散射長度。首先關閉輻照光路，將燒蝕光路功率調整到3mW左右，調整透鏡3的位置，直至聽到雷射打在金屬靶上產生的啪啪聲，說明已經很好聚焦，然後調整石英比色皿6的角度以保證光束垂直打在金屬靶上，從而得到最高的燒蝕效率。將燒蝕雷射功率調節為150mW，輻照雷射功率調節為200mW，燒蝕的同時輻照，進行15分鐘。此時溶液變成黃色，測量吸收譜在400nm處有很強的吸收峰(如圖2所示)，證明了銀納米顆粒的存在，顯示納米顆粒大小為15nm左右，且形狀大小均勻(如圖3所示)。實施例二 在二甲基甲醯胺(DMF)中製備銀納米顆粒銀片處理、雷射調整過程同上面實例，燒蝕功率仍為150mW，但不加輻照雷射，燒蝕15分鐘後，吸收譜在404nm處有較強的吸收峰，說明銀納米顆粒的存在，其紫外可見吸收譜如圖4所示。
權利要求
1.一種在有機溶劑中製備金屬納米顆粒的裝置，包括有 一雷射器，該雷射器的光路上設置有一分束鏡，將雷射器的光路分成燒蝕光路和福照光路；其中: 燒蝕光路經過聚焦後通過一全反鏡垂直照射在有機溶劑中的金屬靶材上； 輻照光路經過雷射擴束器成為非聚焦雷射對有機溶劑進行輻照； 一吸收光譜儀，測量有機溶劑中金屬納米顆粒的大小和含量。
2.根據權利要求I所述的裝置，其中，燒蝕光路和輻照光路中各設置有雷射功率探測器。
3.根據權利要求I或2所述的裝置，其中，燒蝕光路和輻照光路中均設置有衰減器控制光強。
4.根據權利要求I所述的裝置，其中，有機溶劑和金屬靶材均放置在比色皿中。
5.根據權利要求4所述的裝置，其中，比色皿固定在底座上，以保證雷射的良好聚焦。
6.根據權利要求4所述的裝置，其中，比色皿可以從固定座上取下直接於吸收光譜儀上測量吸收譜。
7.根據權利要求I或4所述的裝置，其中，金屬靶材浸沒於有機溶劑下方2cm。
全文摘要
一種在有機溶劑中製備金屬納米顆粒的裝置，包括有一雷射器，該雷射器的光路上設置有一分束鏡，將雷射器的光路分成燒蝕光路和輻照光路；其中燒蝕光路經過聚焦後通過一全反鏡垂直照射在有機溶劑中的金屬靶材上；輻照光路經過雷射擴束器成為非聚焦雷射對有機溶劑進行輻照；一吸收光譜儀，測量有機溶劑中金屬納米顆粒的大小和含量。本發明製備的金屬納米顆粒大小可控，顆粒度均一，且不含表面活性劑等化學雜質，可以廣泛應用於生物、物理、化學等研究領域。
文檔編號B22F9/04GK102909382SQ201110218950
公開日2013年2月6日 申請日期2011年8月1日 優先權日2011年8月1日
發明者石洪菲, 王燦, 周嶽亮, 金奎娟, 楊國楨 申請人:中國科學院物理研究所