專利名稱：一種具有特殊形貌的微-納顆粒及其制備方法與應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微-納顆粒的可控制備技術(shù)，特別涉及一種利用液相環(huán)境中的 電場輔助控制進行脈沖激光燒蝕反應(yīng)制備的具有特殊形貌的微-納顆粒(高純 二氧化鍺方塊和梭子)及其制備方法與應(yīng)用。
背景技術(shù)：
近年來，納米材料在光學(xué)、電子學(xué)、電磁學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域展現(xiàn) 出了美好的應(yīng)用前景，并成為納米科技的前沿研究領(lǐng)域，因此也吸引著物理、 化學(xué)、材料、生物等領(lǐng)域的專家及研究者投入這項領(lǐng)域的研究工作中。多年 來的科學(xué)研究表明，微-納顆粒會展現(xiàn)出一些與體相材料不同的新性質(zhì)，產(chǎn)生 一些新的現(xiàn)象。這些新性質(zhì)和新現(xiàn)象對人們認(rèn)識自然和利用自然具有著重要 的意義，同時這對未來的工業(yè)和技術(shù)也將會產(chǎn)生革命性的影響。規(guī)則的納米 結(jié)構(gòu)往往可以被利用作很好地自組裝成為二維、三維結(jié)構(gòu)。而那些完美規(guī)整 的二維、三維結(jié)構(gòu)則為將來的納米電子器件打下了良好的基礎(chǔ)。在微-納顆粒 的研制中，微-納顆粒的可控合成和組裝是功能納米器件的設(shè)計和構(gòu)筑，并最 終走向應(yīng)用的關(guān)鍵。其中，微-納顆粒的可控合成包括了控制顆粒的大小、形 狀以及對其相結(jié)構(gòu)的可控性合成。這是一批前沿性和挑戰(zhàn)性極高的研究課題， 同時也是一批急待解決的課題。功能納米材料及微-納顆粒的結(jié)構(gòu)和性能研究是無機功能材料研究領(lǐng)域 的一個研究熱點。 一般認(rèn)為納米材料的性能主要由形貌，表面效應(yīng)和顆粒尺 寸效應(yīng)所決定。目前己經(jīng)有大量的文獻報道介紹指出，各種形狀納米材料的 性能是由其電子結(jié)構(gòu)和表面吸附的狀態(tài)來決定的電子結(jié)構(gòu)完全依賴于材料 的晶體結(jié)構(gòu)和晶格尺寸，而表面吸附狀態(tài)常常會導(dǎo)致光淬滅或其他發(fā)光性能 方面的變化現(xiàn)象。因此，材料的可控合成將有助于對微-納顆粒的性能與應(yīng)用 方面進行的研究。影響微-納顆?？煽睾铣傻囊蛩赜泻芏?，主要分成內(nèi)稟因素 和外部因素兩方面。內(nèi)稟因素決定了熱力學(xué)平衡狀態(tài)的形狀和結(jié)構(gòu)；外部條件則容易影響到納米顆粒的大小、形狀和相結(jié)構(gòu)的調(diào)控。例如反應(yīng)時間， 溫度，溶劑極性、前驅(qū)物濃度、反應(yīng)性能以及表面活性劑等，均對納米晶粒 的大小或者形狀，以及晶體質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。納米材料的組成單元為納米 顆粒，納米顆粒的尺寸和形狀界定了納米材料的應(yīng)用范圍。因此控制微-納顆 粒的尺寸和形狀對材料的研制與開發(fā)就顯得尤其重要了 。到目前為止在國內(nèi) 外已經(jīng)有大量的工作集中在研究微-納顆粒的形狀控制合成條件及方法上，例 如化學(xué)氣相合成，分子束外延生長技術(shù)，模版法刻蝕等；也有很多文獻表明 人們已經(jīng)能成功制備出納米方塊、納米線、納米三角、納米棒、枝狀納米顆 粒、片狀納米結(jié)構(gòu)等。在眾多合成方法中，濕化學(xué)法合成以其高產(chǎn)量合成不 同形狀微-納顆粒而具有著獨特的優(yōu)勢。目前，已經(jīng)用此法合成出多種具有規(guī) 則形狀的金屬微-納顆粒。另一方面，脈沖激光燒蝕反應(yīng)技術(shù)作為一種已被逐 步發(fā)展起來的，用于納米材料和納米結(jié)構(gòu)制備的技術(shù)，以其在一定范圍內(nèi)可 控、反應(yīng)氛圍雜質(zhì)含量極少等特點，被用來制備出了如量子阱、量子結(jié)、量 子線等微結(jié)構(gòu)。在過往的研究中，這種主要以物理反應(yīng)為主的脈沖激光燒蝕 反應(yīng)制備技術(shù)，大多數(shù)情況下都是在真空或稀薄惰性氣體環(huán)境中進行的。其 作用原理是首先把脈沖激光光束聚焦在反應(yīng)靶表面，使反應(yīng)靶表面產(chǎn)生高 溫并熔融，而激光的高能量又會隨即把熔融的物質(zhì)等離子體化而使其在靶材 表面形成等離子體羽；等離子體在真空或稀薄氣體環(huán)境下會局域膨脹；隨著 一個激光脈沖能量的結(jié)束，等離子體羽冷卻，原本處在等離子體中的物質(zhì)由 于驟冷而結(jié)合并沉積到襯底上。通過控制反應(yīng)條件即可使最終產(chǎn)物形成薄膜 或納米線等徼結(jié)構(gòu)。用這種方法制備出來的納米材料結(jié)構(gòu)均勻，物質(zhì)純度高， 而且還能夠通過控制反應(yīng)條件來獲得一定的功能結(jié)構(gòu)。因此激光燒蝕沉積是 一種制備高質(zhì)量的微-納結(jié)構(gòu)材料的制備技術(shù)。然而，由于普通的激光燒蝕反 應(yīng)都是在真空或稀薄氣體條件下進行，因此這些反應(yīng)所生成的微-納結(jié)構(gòu)大都 是自然生長形成的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)，此外激光燒蝕反應(yīng)在形貌可控合成方面表現(xiàn)得 并不怎么突出，因此當(dāng)人們想要獲得某種具有一定形貌的亞穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)的時候， 由于它們的形成要求在一定的亞穩(wěn)態(tài)條件下完成，則用普通的脈沖激光燒蝕 沉積技術(shù)就難以滿足要求了 。發(fā)明內(nèi)容為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本發(fā)明的首要目的在于提供一種利用液相環(huán)境中的電場輔助控制的脈沖激光燒蝕反應(yīng)制備的具有特殊形貌 的微-納顆粒。本發(fā)明的另一目的在于提供上述具有特殊形貌的微-納顆粒的制備方法。 該制備方法操作簡單，能在液相環(huán)境中通過電場輔助控制，制備出具有較好 應(yīng)用前景的擁有特定形貌的單質(zhì)微-納顆粒。本發(fā)明的再一目的在于提供上述具有特殊形貌的微-納顆粒在微電子加 工、光學(xué)、生物學(xué)、催化化學(xué)乃至醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中的應(yīng)用。本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案實現(xiàn) 一種具有特殊形貌的微-納顆粒的 制備方法，包括如下操作步驟將反應(yīng)靶置于液相物質(zhì)中，使脈沖激光光束 透過聚焦透鏡后聚焦在靶材的表面，通過激光燒蝕使靶材與溶液交界處的表 面物質(zhì)熔融，從而在靶材的上表面產(chǎn)生等離子體羽；激光燒蝕反應(yīng)靶的同時 在反應(yīng)區(qū)域內(nèi)加載可被調(diào)控的電場，并使電場作用于反應(yīng)環(huán)境內(nèi)。根據(jù)不同 的液相物質(zhì)環(huán)境，電場既可參與一部分反應(yīng)，同時又對反應(yīng)產(chǎn)物最終形貌的 確立產(chǎn)生著影響。適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)電壓，即可在適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)條件下獲得特定形貌 的微-納顆粒產(chǎn)物。在反應(yīng)過程中，將反應(yīng)容器放置在一個超聲分散槽內(nèi)，并 在整個反應(yīng)過程中對產(chǎn)物進行超聲分散處理，以減少反應(yīng)產(chǎn)物的團聚。在有 輔助電場參與的脈沖激光燒蝕反應(yīng)進行一段時間后，停止脈沖激光照射靶材， 將反應(yīng)產(chǎn)物取出干燥分離，即制得具有一定特殊形貌的高純微-納顆粒。本具有特殊形貌的微-納顆粒的制備方法，具體可包括如下操作步驟將 反應(yīng)靶固定在基座中，并將靶連同基座放入裝有液相物質(zhì)的石英容器內(nèi)；在 反應(yīng)耙的上下或左右兩側(cè)布置一對電極板，以便在反應(yīng)靶周圍形成電場區(qū)域； 電極板外側(cè)接可控的外部電源，即可對形成的電場強度及類型進行控制；將 石英容器放置在一個超聲分散槽內(nèi)，令超聲分散槽以60 85kHz的振蕩頻率 工作，以便降低反應(yīng)產(chǎn)物的團聚現(xiàn)象；激光器發(fā)射的脈沖激光光束通過聚焦 鏡聚焦后照在反應(yīng)靶的表面，使反應(yīng)靶表面產(chǎn)生等離子體羽；當(dāng)脈沖激光燒 蝕反應(yīng)進行120 180分鐘后，停止脈沖激光照射反應(yīng)耙，將反應(yīng)產(chǎn)物取出透 析和干燥后，即制得具有特殊形貌的高純微-納顆粒。為了更好地實現(xiàn)本發(fā)明，所述輔助電場的電壓要大于或等于IOV，所述 輔助電場可以為直流電場，也可以為各種形式的交流電場。因應(yīng)反應(yīng)耙和液 相物質(zhì)的不同，輔助電場的電壓和類型可做適當(dāng)調(diào)整。所述反應(yīng)靶為高純靶(>98%)，反應(yīng)靶可以為各種非金屬或金屬，反應(yīng)耙的表面應(yīng)進行磨平處理，以便脈沖激光能順利聚焦在反應(yīng)靶表面。所述非金屬包括鍺、硅或石墨等；所述金屬包括金、銀、銅、鋅、鋁或鎂等。所述反應(yīng)靶的靶材厚度可以為3 5毫米；靶材的形狀可以不定，優(yōu)選圓 形或方形。所述的液相物質(zhì)可以是高純水、各種具有較高純度的鹽溶液、表面活性 劑溶液、各種有機溶劑以及它們的混合液；所述鹽溶液包括硫酸銅溶液、硝 酸銀溶液，表面活性劑為聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)或十二烷基硫酸鈉(SDS) 等，所述有機溶劑為丙酮、甲苯、 一氯甲烷或四氯化碳等。所述石英容器可以是方形的或圓形的；所述超聲分散槽的工作頻率在 60 85kHz之間，具體的工作頻率以使反應(yīng)產(chǎn)物不出現(xiàn)團聚現(xiàn)象為宜。所述具有特定形貌的高純微-納顆?？蔀閱钨|(zhì)、化合物或氧化物微-納顆 粒。用上述方法制得的高純氧化鍺微-納方塊，其平均邊長是300 700nm， 整體呈現(xiàn)正方體狀。用上述方法制得的高純氧化鍺微-納梭子，其平均徑長是 300 1000nm，整體呈現(xiàn)出梭子狀。本發(fā)明具有特定形貌的高純微-納顆?？稍谖㈦娮蛹庸?、光學(xué)、生物學(xué)、 催化化學(xué)、或醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中獲得應(yīng)用。例如，氧化鍺擁有很高的電阻率，在 一些電學(xué)特性上甚至要優(yōu)于氧化硅，因此在一些精密電路的制備上，以氧化 鍺制成的電阻器件往往會表現(xiàn)出比一般的氧化硅電阻層更出色的性能。有效 地制備出具有特殊形貌的微-納顆粒將能更好地滿足這種材料在器件制備時 對加工的要求。又如，高純氧化鍺良好的光導(dǎo)特性已經(jīng)被過往的研究所證實， 而具有特殊形貌的氧化鍺微-納顆粒將可以為微-納光學(xué)器件的制備提供良好 的材料基礎(chǔ)。本發(fā)明的作用原理如下將反應(yīng)靶放置在液相物質(zhì)中，使脈沖激光光束 聚焦于靶材上表面，利用脈沖激光的高能量，通過激光燒蝕令耙材的表面物 質(zhì)熔融并進而在靶材上表面形成等離子羽，這種等離子體羽因為受到液相物 質(zhì)的強烈束縛，會以極快的速度(過程所需時間在納秒或微秒量級)淬滅; 加載在反應(yīng)區(qū)域內(nèi)的電場會令液相物質(zhì)和由激光產(chǎn)生的等離子體羽產(chǎn)生作 用。例如，在高純?nèi)ルx子水中直流電場會令水分解成純氧和純氫，其中的純 氧會迅速與等離子體羽中的熔融態(tài)鍺發(fā)生反應(yīng)而生成高純度的二氧化鍺；當(dāng) 激光脈沖結(jié)束后，開始時處于熔融態(tài)的物質(zhì)會因為冷卻而凝聚生成微-納顆粒。利用電場能被調(diào)節(jié)這一條件，對電場的大小甚至是類型進行調(diào)整，就可 以使生成的微-納顆粒具有特定的形貌。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點和有益效果(1 )本發(fā)明首次在液相物質(zhì)中利用電場輔助控制進行的脈沖激光燒蝕技 術(shù)制成了氧化鍺微-納方塊和梭子，該方法操作簡單，成本低廉，而且沒有苛 刻的操作環(huán)境要求，能夠在常溫常壓條件下實現(xiàn)產(chǎn)物的制備。(2)本發(fā)明提供的氧化鍺微-納方塊和梭子的制備方法，是在液相環(huán)境 中利用電場輔助控制進行的脈沖激光燒蝕技術(shù)，它與傳統(tǒng)的真空或稀薄氣體 環(huán)境中的激光燒蝕技術(shù)以及單純的激光液體內(nèi)燒蝕沉積技術(shù)相比，由于液體 物質(zhì)的束縛加上電場的影響和控制，在液相環(huán)境中發(fā)生的合成和生長過程會 與在傳統(tǒng)方法中的有很大的不同，從而影響到最后產(chǎn)物的制備。


圖1為本發(fā)明使用設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2 (a)為本發(fā)明制備的高純氧化鍺微-納方塊的場發(fā)射電鏡照片；圖2 (b)為制備的氧化鍺微-納梭子的場發(fā)射電鏡照片。圖3 (a)為本發(fā)明制備的高純氧化鍺微-納方塊的X射線衍射分析圖譜； 圖3 (b)為本發(fā)明制備的高純氧化鍺納米梭子的X射線衍射分析圖譜。圖4 (a)為本發(fā)明制備的氧化鍺微-納方塊在常溫下的喇曼圖譜；圖4 (b) 為制備的氧化鍺微-納梭子在常溫下的喇曼圖譜。圖5 (a)為本發(fā)明制備的氧化鍺微-納方塊的透射電子顯微鏡照片；圖5 (b)為氧化鍺微-納方塊一個面邊沿的高分辨照片；圖5 (c)為單根氧化鍺 微-納梭子的透射電子顯微鏡照片;圖5 (d)為氧化鍺微-納梭子其中一個尖 端的高分辨照片；圖5 (e)為一個氧化鍺微-納梭子尖端經(jīng)過高能電子束照射 加工而得到的加工圖片，其中的圓圈標(biāo)出了利用電子束照射而得到的一個納 米孔。圖6 (a)為本發(fā)明制備的氧化鍺微-納方塊的陰極發(fā)光電鏡照片；圖6 (b) 為氧化鍺微-納方塊相應(yīng)的陰極發(fā)光照片；圖6 (c)為與微-納方塊的發(fā)光照 片相對應(yīng)的常溫下發(fā)光圖譜；圖6 (d)為制備的氧化鍺微-納梭子的陰極發(fā)光 電鏡照片，圖6 (e)為氧化鍺微-納梭子相應(yīng)的陰極發(fā)光照片，圖6 (f)為與 氧化鍺微-納梭子的發(fā)光照片相對應(yīng)的常溫下的發(fā)光圖譜。
具體實施方式
下面結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的描述，但本發(fā)明的實施 方式不限于此。實施例1如圖1所示，本發(fā)明的設(shè)備包括了激光器1 (采用Nd:YAG脈沖激光， 激光波長532nm，脈寬10ns，能量為2.95mJ,頻率為5Hz或10Hz)、聚焦透 鏡2 (其焦距為1000mm)、反應(yīng)靶3、基座4、電極板5、石英容器6、超聲 分散槽7;首先將反應(yīng)靶3固定在基座4上并將基座連同反應(yīng)靶放入石英容 器6內(nèi)，并在其周圍(如上下兩側(cè))布置電極5，然后注入適量的液相物質(zhì)； 整個石英容器放置在超聲分散槽7中；從激光器1中產(chǎn)生的脈沖激光通過聚 焦透鏡2聚焦后，匯聚良好的激光光束照射在反應(yīng)靶3的表面，形成一個激光等離子體反應(yīng)區(qū)。方形反應(yīng)靶為單晶鍺塊(純度大于99.99%)，邊長為20mm，厚5mm。 將反應(yīng)耙3單晶鍺塊固定于聚四氟乙烯基座4上，基座4連同反應(yīng)靶3 —起 放入石英容器6中(反應(yīng)靶的表面與基座成90°直角)，然后把石英容器6 放入超聲分散槽7內(nèi)。向石英容器6中緩慢注入高純的二次去離子水，使去 離子水浸沒單晶鍺反應(yīng)靶3。調(diào)節(jié)激光光路，使激光器1發(fā)射的脈沖激光光 束通過聚焦透鏡2后，聚焦的激光照射在單晶反應(yīng)靶3的表面，激光頻率可 選擇5Hz或10Hz。在進行脈沖激光燒蝕的同時，將約15V左右的直流電壓 加載在電極板5的正負(fù)兩端，從而在反應(yīng)靶周圍形成一個梯度電場。直流電 場一方面把純水電解成為純氧和純氫，為氧化鍺的生成提供氧來源，同時也 影響和控制著產(chǎn)物形貌的生成。整個制備過程中超聲分散槽7以60 85kHz 的振蕩頻率工作，使反應(yīng)產(chǎn)物能在形成后迅速散開而不至于發(fā)生團聚，也便 于使微-納顆粒的尺寸分布比較均勻。整個過程持續(xù)120分鐘。當(dāng)脈^t^激光與 單晶鍺靶及應(yīng)進行120分鐘后，關(guān)閉激光器。將進行燒蝕反應(yīng)中使用的溶液 取出并將其滴在單晶硅片襯底上，放入真空干燥箱中進行干燥。將單晶硅片 襯底拿到場發(fā)射電子顯微鏡下放大觀察，即看到襯底上有氧化鍺微-納方塊梭 子。圖2(a)為本發(fā)明制備出的高純氧化鍺微-納方塊的場發(fā)射電子顯微鏡照片。由圖可見，多數(shù)硅納米方塊的邊長在200 500nm，方塊的平面都很平整。 圖3 (a)、圖4 (a)分別為本發(fā)明制備的高純氧化鍺微-納方塊的X射線衍射分析圖譜，以及常溫下(25°C)測得的喇曼光譜。根據(jù)這兩種測試結(jié)果，可以確認(rèn)制得的微-納方塊是由純凈的氧化鍺材料構(gòu)成。圖5中(a)、 (b)分別為本發(fā)明制備的氧化鍺微-納方塊的透射電子顯微鏡照片，以及其中一個面的邊沿部分的高分辨照片。通過圖分析可知，本發(fā)明制備出的氧化鍺微-納方塊具有六方晶系的結(jié)構(gòu)。圖6(a)為本發(fā)明制備的氧化鍺微-納方塊的陰極發(fā)光電鏡照片，圖6(b)為相應(yīng)的氧化鍺微-納方塊的陰極發(fā)光照片，圖6 (c)為與微-納方塊的發(fā)光照片相對應(yīng)的常溫下的發(fā)光圖譜。通過圖分析可以看出，用本發(fā)明的方法制備而成的氧化鍺微-納方塊在陰極電場激發(fā)下具有微弱的藍光發(fā)光效應(yīng)，這樣的光學(xué)特性使這種氧化鍺微-納方塊有機會成為制備微型光電器件的基礎(chǔ)材料。通過上述表征手段，可知本發(fā)明制備得到的氧化鍺微-納方塊呈現(xiàn)規(guī)則的 立方體狀，表面光滑，棱角分明，并具有良好的單分散性。這種微-納方塊還 具有微弱的藍光發(fā)光特性，有希望能被用于作為未來微型發(fā)光器件的基礎(chǔ)材 料。實施例2采用實施例1所用的設(shè)備，把一塊高純(純度為99.99%)的單晶鍺反應(yīng) 靶3固定在聚四氟乙烯基座4上，把基座4連同反應(yīng)耙3 —起放入石英容器 6中，然后把石英容器6放置在超聲分散槽7內(nèi)。向石英容器6中緩慢注入 純凈的二次去離子水，并使靶材浸沒于純水中。調(diào)節(jié)激光光路，使激光器1 發(fā)射的脈沖激光光束通過聚焦透鏡2后，聚焦光束照射在單晶鍺反應(yīng)靶3上。 激光頻率選擇10Hz。在進行脈沖激光燒蝕的過程中，將約35V左右的直流電 壓加載在電極板5的正負(fù)兩端，同時令超聲分散槽7以75kHz的振蕩頻率工 作，便于使反應(yīng)產(chǎn)物能呈現(xiàn)單分散狀而不易發(fā)生團聚。當(dāng)脈沖激光與反應(yīng)耙 作用了120分鐘后，關(guān)閉激光器1并將散布反應(yīng)產(chǎn)物的溶液取出，滴放在單 晶硅片上，然后放入真空干燥箱中進行干燥處理。最后將承載著樣品的單晶 硅片襯底放入電子顯微鏡下觀察，可看到單晶硅片襯底上遍布氧化鍺微-納梭 子。圖2 (b)為本發(fā)明制備出的高純氧化鍺微-納梭子的場發(fā)射電子顯微鏡 照片。由圖可見，多數(shù)氧化鍺梭子的徑長在300 800nm，有的尺寸還可達到 微米量級。圖3 (b)、圖4 (b)分別為本發(fā)明制備的高純氧化鍺微-納梭子的X射線 衍射分析圖譜，以及常溫下(25°C)測得的喇曼光譜。通過與氧化鍺微-納方 塊的X射線衍射分析圖的比較可以發(fā)現(xiàn)，氧化鍺微-納梭子的X射線衍射峰 有細(xì)微的不同，即雖然微-納梭子與微-納方塊都具有相同的晶體結(jié)構(gòu)，但因為 生成形貌有顯著差異，這種差異使得X射線衍射峰在出現(xiàn)上發(fā)生細(xì)微的改變。圖5中(c)、 (d)分別為本發(fā)明制備的單根氧化鍺微-納梭子的透射電子 顯微鏡照片，以及一根氧化鍺微-納梭子其中一個尖端的高分辨照片。圖5 (e)為一個氧化鍺微-納梭子尖端經(jīng)過高能電子束照射加工而得到的 圖片，其中的圓圈標(biāo)出了利用電子束照射而得到的一個納米孔。圖6 (d)所示為本發(fā)明制備的氧化鍺微-納梭子的陰極發(fā)光電鏡照片， 圖6 (e)為相應(yīng)的氧化鍺微-納梭子的陰極發(fā)光照片，圖6 (f)為與微-納方 塊的發(fā)光照片相對應(yīng)的常溫下的發(fā)光圖譜。通過圖分析可以看出，用本發(fā)明 的方法制備而成的氧化鍺微-納梭子在陰極電場激發(fā)下能有微弱的藍綠光發(fā) 光效應(yīng)。與氧化鍺微-納方塊相比較，我們可以發(fā)現(xiàn)這種鍺微-納梭子的發(fā)光 波長出現(xiàn)了紅移。氧化鍺微-納梭子這種有趣的光學(xué)特性表明，利用本方面的 制備技術(shù)，不但能夠有效控制制備產(chǎn)物的形貌，而且可以通過控制形貌而改 變其一些內(nèi)在的物理特性。實施例3采用實施例1所用的設(shè)備，把一塊厚度為5mm的單晶鍺塊(純度大于 99.99%)反應(yīng)靶3固定于聚四氟乙烯基座4上，把基座連同靶材一起放入一 個鋼化玻璃容器6中，并在容器內(nèi)緩慢注入高純水，然后把鋼化玻璃容器6 放置入超聲分散槽7中。調(diào)節(jié)激光光路，使激光器1發(fā)射的脈沖激光光束通 過全反射鏡和聚焦鏡后聚焦在單晶鍺塊反應(yīng)靶的上表面。將一對電極板5 — 左一右放置在反應(yīng)耙的兩側(cè)，從而在反應(yīng)靶的附近形成一個可被調(diào)控的電場 區(qū)域。激光頻率選擇為10Hz或5Hz。在進行脈沖激光燒蝕的過程中，使超聲 分散槽以75kHz的振蕩頻率工作，從而令反應(yīng)產(chǎn)物能以單分散狀散布于液體 中而不會形成團聚。當(dāng)脈沖激光照射靶材180分鐘后，把鋼化玻璃容器中的反應(yīng)產(chǎn)物取出并滴在一片干凈的鋁片襯底上，并將其放入真空干燥箱中將殘 余純水蒸發(fā)掉。最后將載有反應(yīng)產(chǎn)物的鋁片襯底放入場發(fā)射電子顯微鏡下觀 察，可看到襯底上沉積有氧化鍺微-納顆粒。上述實施例為本發(fā)明較佳的實施方式，但本發(fā)明的實施方式并不受上述 實施例的限制，其他的任何未背離本發(fā)明的精神實質(zhì)與原理下所作的改變、 修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護 范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種具有特殊形貌的微-納顆粒的制備方法，其特征在于包括如下操作步驟將反應(yīng)靶置于液相物質(zhì)中，反應(yīng)容器放置在一個超聲分散槽內(nèi)，超聲分散槽在整個反應(yīng)過程中以一定的振蕩頻率工作；使脈沖激光光束通過過聚焦透鏡后聚焦在反應(yīng)靶與液相物質(zhì)接觸的表面，在反應(yīng)靶的表面產(chǎn)生等離子體羽；在進行脈沖激光燒蝕的同時，在反應(yīng)區(qū)域周圍通過電極板加載可控電場，以對反應(yīng)進行控制；脈沖激光燒蝕沉積反應(yīng)進行120～180分鐘后，停止脈沖激光照射靶材，將反應(yīng)產(chǎn)物取出干燥分離，即制得具有特定形貌的微-納顆粒。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有特殊形貌的微-納顆粒的制備方法，其 特征在于將反應(yīng)耙固定在基座中，并將靶連同基座放入裝有液相物質(zhì)的 石英容器內(nèi)；在反應(yīng)靶的上下或左右兩側(cè)布置一對電極板，以便在反應(yīng)靶 周圍形成電場區(qū)域；電極板外側(cè)接可控的外部電源，對形成的電場強度及 類型進行控制；將石英容器放置在一個超聲分散槽內(nèi)，令超聲分散槽以 60 85kHz的振蕩頻率工作，降低反應(yīng)產(chǎn)物的團聚現(xiàn)象；激光器發(fā)射的脈 沖激光光束通過聚焦鏡聚焦后照在反應(yīng)靶的表面，使反應(yīng)靶表面產(chǎn)生等離 子體羽；當(dāng)脈沖激光燒蝕反應(yīng)進行120 180分鐘后，停止脈沖激光照射 反應(yīng)靶，將反應(yīng)產(chǎn)物取出透析和干燥后，即制得具有特殊形貌的高純微-納顆粒。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有特殊形貌的微-納顆粒的制備方法，其 特征在于所述輔助電場的電壓大于或等于10V，所述輔助電場為直流電 場或交流電場。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有特殊形貌的微-納顆粒的制備方法，其 特征在于所述反應(yīng)靶為高純靶，反應(yīng)靶的表面進行磨平處理。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的具有特殊形貌的微-納顆粒的制備方法， 其特征在于所述反應(yīng)靶為非金屬或金屬，所述非金屬包括鍺、硅或石墨； 所述金屬包括金、銀、銅、鋅、鋁或鎂；所述反應(yīng)靶的靶材厚度為3 5 毫米；耙材的形狀為圓形或方形。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有特殊形貌的微-納顆粒的制備方法，其 特征在于所述液相物質(zhì)是高純水、各種具有較高純度的鹽溶液、表面活性劑溶液、各種有機溶劑以及它們的混合液；所述鹽溶液包括硫酸銅溶液、 硝酸銀溶液、表面活性劑為聚乙烯基吡咯烷酮或十二烷基硫酸鈉，所述有 機溶劑為丙酮、甲苯、 一氯甲垸或四氯化碳。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有特殊形貌的微-納顆粒的制備方法，其 特征在于所述石英容器是方形的或圓形；所述超聲分散槽的工作頻率在 60 85kkz之間。
8、 一種由權(quán)利要求1 7任一項權(quán)利要求所述的方法制備的具有特定 形貌的微-納顆粒。
9、 根據(jù)權(quán)利要求8所述的具有特定形貌的微-納顆粒，其特征在于 為單質(zhì)、化合物或氧化物微-納顆粒；具體的氧化物微-納顆粒為高純氧化 鍺微-納方塊或高純氧化鍺微-納梭子。
10、 一種由權(quán)利要求1 7任一項權(quán)利要求所述的方法制備的具有特 定形貌的微-納顆粒在微電子加工、光學(xué)、生物學(xué)、催化化學(xué)、或醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 中的應(yīng)用。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有特殊形貌的微-納顆粒的制備方法，包括如下操作步驟將反應(yīng)靶置于液相物質(zhì)中，反應(yīng)容器放置在一個超聲分散槽內(nèi)，超聲分散槽在整個反應(yīng)過程中以一定的振蕩頻率工作；使脈沖激光光束通過過聚焦透鏡后聚焦在反應(yīng)靶與液相物質(zhì)接觸的表面，從而在反應(yīng)靶的表面產(chǎn)生等離子體羽；在進行脈沖激光燒蝕的同時，在反應(yīng)區(qū)域周圍通過電極板加載可控電場，以對反應(yīng)進行控制；脈沖激光燒蝕沉積反應(yīng)進行120～180分鐘后，停止脈沖激光照射靶材，將反應(yīng)產(chǎn)物取出干燥分離，即制得具有特定形貌的微-納顆粒。由上述方法制備的具有特定形貌的微-納顆?？蓱?yīng)用于微電子加工、光學(xué)、生物學(xué)、催化化學(xué)、或醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。
文檔編號C01G17/02GK101327946SQ20081002855
公開日2008年12月24日 申請日期2008年6月5日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月5日
發(fā)明者璞 劉, 楊國偉, 陳辛夷 申請人:中山大學(xué)