專利名稱：無機材料納米粒子的制法及應(yīng)用該制法的裝置的制作方法
無機材料納米粒子的制法及應(yīng)用該制法的裝置
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種納米粒子的制法與制造裝置，特別是涉及一種便于大量制造，且 具有較佳制造效率的無機材料納米粒子的制法及應(yīng)用該制法的裝置。
背景技術(shù)：
納米科技是目前科技發(fā)展的其中一個重點。由于納米材料在應(yīng)用上可使產(chǎn)品具有 輕薄短小、省能源、高容量密度、高精細、高性能與低公害等特性，帶給傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)升級、高科 技產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展和永續(xù)發(fā)展的推動力，使納米材料成為納米科技發(fā)展的基石，因此，材料、 物理、化學(xué)、化工及生物各領(lǐng)域皆有研究人員投入納米科技的研發(fā)。納米材料依類型主要可分為納米粒子、納米纖維、納米薄膜與納米塊體四種。其 中，由于納米粒子開發(fā)時間較長也較成熟，且納米薄膜和納米塊體都是來自于納米粒子，使 納米粒子的制備顯得更為重要。目前制造納米粒子的方法主要分為化學(xué)與物理二種制造方 法(1)化學(xué)方法主要是使用化學(xué)還原法，以化學(xué)還原金屬離子，再借由添加適當保 護劑使被還原的金屬粒子均勻地分散于溶液中，并借此防止金屬粒子間產(chǎn)生聚集。待成功 在該溶液中形成受保護劑包覆的納米粒子后，再提供一基板，該基板的其中一表面已經(jīng)一 特定有機分子官能化修飾，借此，該基板表面可利用靜電荷吸引力及化學(xué)鍵結(jié)力，與納米粒 子產(chǎn)生鍵結(jié)，形成自組成(self-assembly)的超微結(jié)構(gòu)。由于化學(xué)方法需使用到甲苯溶液 及有機硫醇分子等有機物，其中，甲苯溶液的蒸氣還會造成癌癥病變，因此這些有機物不但 容易成為污染源而有較不環(huán)保的缺失，還具有容易危害人體健康的毒性。(2)物理方法目前主要是利用高溫鍛燒、電子束局部轟擊、重離子束局部轟擊與 脈沖激光、納米微影技術(shù)等五種主要方法，其中前面四項主要利用一種使薄膜受熱破裂形 成不連續(xù)面，再形成熔融態(tài)，以借由表面張力的物理效應(yīng)，達成聚合成球形納米粒子的結(jié) 果。最后一種方法則是事先在基板表面覆蓋一層特殊數(shù)組的光罩，例如，利用某一特定尺寸 的納米級硅球緊密排列成六方緊密堆積，利用硅球間的空隙，沉積一層金屬薄膜，就能夠在 該基板上得到具有規(guī)則排列的三角形納米粒子數(shù)組。但前述五種方法分別具有下列缺點(i)高溫鍛燒(High temperature annealing)進行時，必須有一段升溫與降溫的 時間，導(dǎo)致耗時較久而效率不佳，且由于升溫與降溫需要較長的時間，使所形成的納米粒子 表面的形貌不易均勻，且容易聚集成較大粒徑的粒子。(ii)電子束局部轟擊(e-beam irradiation)需要使用昂貴的儀器設(shè)備-電子 槍，此外，電子槍每次作用范圍有限，導(dǎo)致一次處理的表面有限，而無法在基材上大面積地 制造納米粒子，同樣有制造效率較差的缺失。(iii)重離子束局部轟擊(heavy ion irradiation)與電子束轟擊一樣，需要使 用昂貴的儀器設(shè)備，且每次只能局部處理而無法大面積制造納米粒子，同樣有制造效率不 佳的缺失，目前的應(yīng)用層面仍局限在學(xué)術(shù)研究。(iv)脈沖激光(pulsed laser irradiation)每次只能處理小范圍，雖然可借由不斷來回移動達到處理較大面積的效果，但相對需耗費較多時間，且可處理面積仍然有限， 使本法同樣有制造效率不佳的缺點。(ν)納米微影技術(shù)(Nanolithography)雖然此法可以在基板上大量制造納米粒 子數(shù)組，但步驟卻很繁瑣，非常耗時且過程中也需要利用有機溶劑洗滌，而有制造效率較差 與較不環(huán)保的缺失。因此，為了改善納米粒子的制造效率以降低成本，仍有開發(fā)新制法的需求。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是在提供一種制造效率較高及所制出的粒子粒徑均勻的無機材料 納米粒子的制法。
本發(fā)明無機材料納米粒子的制法，包含下列步驟(i)提供一個復(fù)合組件，該復(fù)合組件具有一個基材，及至少一層形成在該基材上且 具有一預(yù)定厚度的無機材料層，該無機材料層分別是由一個選自以下組中的材料所制成 金屬類、金屬氧化物類及合金類；(ii)將該復(fù)合組件置于一個腔室中，并對該腔室抽真空，及提供一氣體；及(iii)在一段預(yù)定的時間長度內(nèi)，持續(xù)對該腔室提供一個微波能量，使該氣體形成 一個微波電漿，并作用至該復(fù)合組件的無機材料層，使該無機材料層熔融并形成多個相間 隔且具有預(yù)定粒徑的無機材料納米粒子。本發(fā)明無機材料納米粒子的制法的有益效果在于利用特定的氣體搭配該微波能 量形成微波電漿，并作用至預(yù)定厚度的無機材料層，則當該無機材料層接受到高能量時，會 逐漸熔融導(dǎo)致薄膜結(jié)構(gòu)破裂，并借由表面張力作用而傾向形成最小表面積的狀態(tài)，而分別 自發(fā)地聚集與凝聚成球體形的納米粒子，借此，使本發(fā)明可以相對較簡單的設(shè)備與方法在 較短的時間間隔內(nèi)就制出大量具有預(yù)定粒徑的納米粒子，而具有制造效率佳，進而能降低 制造成本的特性與優(yōu)點。進一步地，本發(fā)明應(yīng)用于制造無機材料納米粒子的裝置，是適于供前述方法使用， 也就是適于使一層無機材料層熔融進而形成多個相間隔的納米粒子，該無機材料層是形成 在一個復(fù)合組件的一個基材上，該裝置包含一個反應(yīng)腔體、分別連接到該反應(yīng)腔體的一個 抽氣單元、一個供氣單元，及一個設(shè)置在該反應(yīng)腔體的發(fā)射微波單元。該反應(yīng)腔體包括一個供該復(fù)合組件容置的腔室、分別與該腔室相連通的一個抽氣 口，及一個進氣口。該抽氣單元是與該反應(yīng)腔體的抽氣口相連接，以對該腔室抽真空。該供氣單元是與該反應(yīng)腔體的進氣口相連接，以通過該進氣口提供一氣體至該腔室。該發(fā)射微波單元是對應(yīng)該反應(yīng)腔體的腔室設(shè)置，以朝該腔室提供一個微波能量， 使該腔室內(nèi)的氣體形成一個作用于該復(fù)合組件的無機材料層的微波電漿。本發(fā)明應(yīng)用于制造無機材料納米粒子的裝置的有益效果在于利用該裝置的發(fā)射 微波單元配合該供氣單元所提供的特定氣體，就能在該反應(yīng)腔體的腔室內(nèi)形成高能量的微 波電漿，借此，可使置于該腔室內(nèi)的復(fù)合組件上的無機材料層在短時間內(nèi)熔融并透過材質(zhì) 本身的表面張力自發(fā)地形成球體形的納米粒子，使本發(fā)明具有容易操作且制造效率佳的特性。

圖1是一個示意圖，說明本發(fā)明應(yīng)用于制造無機材料納米粒子的裝置的一個較佳實施例；圖2是一個流程圖，說明本發(fā)明無機材料納米粒子的制法的一個較佳實施例；圖3是一個示意圖，說明以本發(fā)明的制法使一個復(fù)合組件的一層無機材料層熔融 形成多個相間隔的納米粒子的情形；圖4是一個掃描式電子顯微鏡照像圖，說明所制得的所述金納米粒子的情形；圖5是一個線性關(guān)系圖，說明不同厚度的無機材料層與所制得的金納米粒子的平 均粒徑是呈線性關(guān)系；圖6是一個掃描式電子顯微鏡照像圖，說明所制得的所述銀納米粒子的情形；圖7是一個線性關(guān)系圖，說明不同厚度的無機材料層與所制得的銀納米粒子的平 均粒徑是呈線性關(guān)系；圖8是一個掃描式電子顯微鏡照像圖，說明所制得的所述氧化銅納米粒子的情 形；圖9是一個線性關(guān)系圖，說明不同厚度的無機材料層與所制得的氧化銅納米粒子 的平均粒徑是呈線性關(guān)系；圖10是一個掃描式電子顯微鏡照像圖，說明所制得的所述金銀合金納米粒子的 情形；圖11是一個UV/Vis光譜圖，說明不同金銀合金比例的納米粒子可得到不同特性 的UV/Vis光譜圖；圖12是一個掃描式電子顯微鏡照像圖，說明所制得的所述金銀鎳鈀合金納米粒 子的情形；及圖13是一個XPS光譜圖，說明結(jié)合金、銀、鎳、鈀的無機材料層所制出的納米粒子 中的鍵結(jié)能量訊號的分布情形。
具體實施方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明進行詳細說明參閱圖1，本發(fā)明應(yīng)用于制造無機材料納米粒子的裝置3的一個較佳實施例包含 一個反應(yīng)腔體31、分別連接到該反應(yīng)腔體31的一個抽氣單元32、一個供氣單元33，及一個 設(shè)置在該反應(yīng)腔體31的發(fā)射微波單元34。該反應(yīng)腔體31包括一個界定形成一個腔室310的圍繞壁311、相間隔地位于該圍 繞壁311，且與該腔室310相連通的一個抽氣口 312，及一個進氣口 313。該抽氣單元32是與該反應(yīng)腔體31的抽氣口 312相連接，以對該腔室310抽真空。該供氣單元33是與該反應(yīng)腔體31的進氣口 313相連接，以通過該進氣口 313提 供一氣體4至該腔室310。其中，該供氣單元33所提供的氣體為一個選自以下組中的氣 體氬氣、氮氣、氧氣。在本實施例中，可依所要制造的無機材料納米粒子的材料種類選用適 當?shù)臍怏w，當所制造的無機材料納米粒子為金屬材質(zhì)時，通常以該供氣單元33提供惰性氣體，例如，氬氣或氮氣至該腔室310，當所制造的無機材料納米粒子為金屬氧化物材質(zhì)時，則 該供氣單元33也可以提供氧氣至該腔室310。該發(fā)射微波單元34是對應(yīng)該反應(yīng)腔體31的腔室310設(shè)置，以朝該腔室310提供 一個微波能量，使該腔室310內(nèi)的氣體4形成一個微波電漿，其中，該發(fā)射微波單元34的 輸出功率較佳為700W 1500W。在本實施例中，該發(fā)射微波單元34的輸出功率實質(zhì)上為 1100W，且使用時實質(zhì)上是將其頻率設(shè)定為2450MHz。參閱圖1、圖2與圖3，本發(fā)明無機材料 納米粒子的制法的較佳實施例可搭配前述的裝置3進行，且該制法包含下列步驟步驟101是提供一個復(fù)合組件2，該復(fù)合組件2具有一個基材21，及 至少一層形成 在該基材21上且具有一預(yù)定厚度的無機材料層22，該無機材料層22分別是由一個選自以 下組中的材料所制成金屬類、金屬氧化物類及合金類較佳地，該無機材料層22是由一個選自以下組中的金屬類材質(zhì)所制成金(Au)、 銀(Ag)、鈀(Pd)、鉬(Pt)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鉬(Mo)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鐵(Fe)、鎂 (Mg)、錫(Sn)、鈦(Ti)、鉈(Ta)及銥(Ir)。該無機材料層22也可以由一個選自以下組中的 金屬所形成的氧化物所制成鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥。或者，該無機材料 層22也可以由合金類材質(zhì)所制成，且該合金為至少二種選自以下組中的金屬所制成金、 銀、鈀、鉬、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥。其中，該復(fù)合組件2的基材21的材質(zhì)不應(yīng)受限，且可以是一個選自以下組中的物 件硅晶片(silicon wafer)、玻璃基板，石英基板、藍寶石(Sapphire)及云母(Mica)。該 無機材料層22形成至該基材21的方法也不受限，在該較佳實施例中，是以濺鍍(sputter coating)方式配合一膜厚控制器(F. Τ. M)在該基材21的其中一表面鍍上具有預(yù)定厚度的 該無機材料層22。在該基材21濺鍍該無機材料層22的技術(shù)為現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。值得說明的是，該無機材料層22也可以由合金的氧化物所制成，例如，該無機材 料層22也可以由氧化銦錫(ITO)制成，同樣能透過濺鍍方式在該基材21上形成氧化銦錫 的無機材料層22。較佳地，該無機材料層22的厚度為Inm 20nm。借由控制該無機材料層22的厚 度，可以有效地控制最后所形成的納米粒子的粒徑范圍。步驟102是將該復(fù)合組件2置于該裝置3的反應(yīng)腔體31的腔室310中，并以該抽 氣單元32對該腔室310抽真空，再透過該供氣單元33提供該氣體4至該腔室310。在本實 施例中，是使該反應(yīng)腔體31中的腔室310壓力維持在0. 2tor 6. Otor的范圍。步驟103是在一段預(yù)定的時間長度內(nèi)，持續(xù)對該反應(yīng)腔體31的腔室310提供一個 微波能量，使該氣體4形成該微波電漿，并作用至該復(fù)合組件2的無機材料層22，使該無機 材料層22熔融并形成多個相間隔且具有預(yù)定粒徑的無機材料納米粒子220。所述納米粒子 220的粒徑會隨著該無機材料層22的厚度的增加而增加，在該實施例中，是借由控制該無 機材料層22的厚度，將所述納米粒子220的粒徑控制在3nm 200nm，但所述納米粒子220 的粒徑不應(yīng)受限，且是隨著該無機材料層22的厚度增加而增加。此外，該微波能量的作用 時間也會隨著該無機材料層22的厚度或面積而改變，當該無機材料層22的厚度越厚或面 積越大時，需要較多的能量才能達到熔融態(tài)，使該微波能量的作用時間也相對增長。值得說明的是，當要制出合金材質(zhì)的無機材料納米粒子220時，可直接以至少二 種選自以下組中的金屬所制成的合金金、銀、鈀、鉬、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥，在該基材21形成合金材質(zhì)的無機材料層22。此外，也可以依合金內(nèi)容，在該基材21分別形成多層分別含有不同純金屬材質(zhì)的無機材料層22，當以多層金屬層的方式制成合金 材質(zhì)的納米粒子220時，所述無機材料層22分別可由一選自以下組中的金屬類材質(zhì)所制 成金、銀、鈀、鉬、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥。例如，要形成金銀合金材質(zhì)的 納米粒子時，可在該基材21上分別形成一層金制的無機材料層22及一層銀制的無機材料 層22，再借由微波電漿使該二層無機材料層22熔融，使二者相混合為金銀合金，再透過表 面張力的物理效應(yīng)，自發(fā)地形成所述球體形的無機材料納米粒子220。其中，所述無機材料 層22的總厚度較佳仍是控制在Inm 20nm，而每一層無機材料層22的厚度范圍則可依所 用濺鍍機配備的膜厚控制機規(guī)格，設(shè)定在0. Inm 19. 9nm。此外，該復(fù)合組件2可以只具有單一層無機材料層22，也可以具有多層不同材質(zhì) 的無機材料層22。其中，當具有多層無機材料層22時，所述無機材料層22可以分別由一 個選自以下組中的金屬類材質(zhì)所制成金、銀、鈀、鉬、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈 及銥。此外，所述無機材料層22也可以由一個選自以下組中的金屬類材質(zhì)金、銀、鈀、鉬、 鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥，以及至少二種選自于以下組中的金屬所形成合 金類材質(zhì)金、銀、鈀、鉬、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥，所制成。借此，可形成 具有不同合金比例的納米粒子220?；蛘?，所述無機材料層22也可以由一個選自以下組中 的金屬類材質(zhì)金、銀、鈀、鉬、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥，以及一個選自以 下組中的金屬所形成的氧化物鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥，所制成。借此， 可形成復(fù)合材質(zhì)的納米粒子220。值得一提的是，當要制造金屬氧化物材質(zhì)的無機材料納米粒子220時，除了可直 接以金屬氧化物為該無機材料層22的原料，再經(jīng)微波電漿處理以形成預(yù)定的金屬氧化物 材質(zhì)的納米粒子220外，也可以在該基材21上形成金屬材質(zhì)的無機材料層22，經(jīng)抽真空后 再提供氧氣作為用以形成微波電漿的作用氣體4，由于該金屬材質(zhì)的無機材料層22與氧氣 在高能量作用下會發(fā)生化合反應(yīng)，故能據(jù)此形成金屬氧化物材質(zhì)的無機材料納米粒子220。<實施例一(金納米粒子的制備)>(1)制備8片復(fù)合組件切割為大小為IcmX Icm的基材，共8片，將所述基材分 別放入丙酮、乙醇、去離子水，并在超聲波下各震蕩5分鐘，以去除所述基材表面的一些粉 塵污染物。再用氮氣將所有基材的表面吹干，隨后再將所述基材分別浸泡在一食人魚溶液 (piranha solution,為H2SO4與H2O2依3 1的比例混合，且溫度80°C的混合液)中30分 鐘，以去除所述基材表面的一些有機殘留物，接著，用大量去離子水潤洗后，再以氮氣將所 述基材完全吹干。將經(jīng)前述程序處理干凈的8片基材，分別放入一臺濺鍍機(sputtercoater)中，利 用膜厚控制器控制濺鍍在該基材的無機材料層的厚度至所需要的尺寸，在此是在這8片基 材上分別鍍上lnm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm的無機材料層，并以所選擇的預(yù)定無機 材料材質(zhì)作為靶材，就能在該基材上分別形成該具有預(yù)定厚度且由預(yù)定材質(zhì)制成的無機材 料層，因此，共制得8片具有不同厚度的無機材料層的復(fù)合組件。在此是使用金為靶材。(2)制造無機材料納米粒子將所述復(fù)合組件分別放入具有該發(fā)射微波單元的裝 置中，利用該抽氣單元的一個真空抽氣馬達對該反應(yīng)腔體的腔室抽氣，使該腔室內(nèi)的壓力 維持在0. 3torr，并透過該供氣單元將氬氣輸入該腔室內(nèi)，再啟動該發(fā)射微波單元作用于該腔室，借由微波能量使該氬氣形成微波電漿，高能量的微波電漿與該無機材料層相接觸后， 使該無機材料層逐漸熔融進而形成多個相間隔的納米粒子。其中，依該無機材料層的厚度 不同，該微波能量的作用時間也需相對調(diào)整，因此，該無機材料層的厚度分別為lnm、2nm、 3nm、4nm、5nm、6nm、7nm及8nm時，所對應(yīng)的該微波能量的作用時間分別為30秒、45秒、50 秒、55秒、60秒、65秒、70秒及75秒。(3)結(jié)果前述8片復(fù)合組件依其無機材料層的厚度由薄而厚，分別標記為試樣(I1)、(I2)、(I3)、(I4)、(I5)、(I6)、(I7)、(I8)，并將其經(jīng)微波電漿處理后的結(jié)果以掃描式電子顯微鏡 (SEM)觀察，呈現(xiàn)如圖4所示的結(jié)果，顯示隨著該無機材料層的厚度增加，所制得的納米粒 子的粒徑也會對應(yīng)增加。當將該掃描式電子顯微鏡下的影像結(jié)果作進一步處理，即針對所 選定相同范圍內(nèi)的納米粒子，分別量測其粒徑，并計算每個復(fù)合組件上的所述納米粒子的 粒徑平均值時，可得到如圖5所示的結(jié)果，顯示所制出的納米粒子的粒徑與該無機材料層 的厚度是呈線性關(guān)系，因此，可利用控制該無機材料層的厚度有效達到控制所制出的納米 粒子粒徑的效果。上述為使用金的無機材料層制出金納米粒子的結(jié)果。<實施例二(銀納米粒子的制備)>同 < 實施例一 > 的制法，準備5片干凈的基材片，分別所述基材片上形成厚度為 lnm、2nm、3nm、4nm，&5nm的無機材料層，依厚度不同所對應(yīng)的微波能量的作用時間分別為 3秒、6秒、9秒、12秒，及15秒，所使用裝置及設(shè)定參數(shù)與 < 實施例一 > 相同，不同處在于將 該無機材料層的材料改為銀，經(jīng)微波電漿處理后，將具不同厚度無機材料層的復(fù)合組件經(jīng) 微波電漿處理后制得且形成于該基材上的納米粒子，依原來無機材料層的厚度由薄而厚， 分別標記為試樣(H1)、(H2)、(H3)、(II4)、(II5)，所得到的結(jié)果如圖6與圖7所示，顯示所 述納米粒子的粒徑仍然隨著該無機材料層的厚度增加而增加，且所述納米粒子的粒徑與無 機材料層的厚度也是呈線性關(guān)系。其中，當該無機材料層的材料為銀時，其接受微波能量的 作用時間會較短，主要是因為銀本身的蒸發(fā)溫度較低及原子濺射率較高，若作用時間太久， 可能會使基板的銀粒子蒸發(fā)消失，故宜控制在短的微波作用時間。其中，濺射率的定義為將 一離子束打擊靶材表面所濺射出來的原子束，在相同的能量與時間下，濺射率越大的金屬， 表示其靶材表面的原子越易脫落沉積于基材上，例如，在60eV的Ar+作用下，下列金屬單位 時間的濺射率分別為:Au :2· 8，Ag :3· 4，Cu :2· 3。<實施例三(氧化銅納米粒子的制備)>類似 < 實施例一 > 的制法，準備5片干凈的基材片，分別在所述基材片上形成厚 度為lnm、2nm、3nm、4nm，&5nm的無機材料層，依厚度不同所對應(yīng)的微波能量的作用時間分 別為15秒、18秒、21秒、24秒，及27秒，使用裝置及設(shè)定參數(shù)與 < 實施例一 > 相同，只是將 該無機材料層的材料改為銅，并將該腔室的壓力控制在l.Otorr，且將氧氣輸入該腔室內(nèi)， 以在氧氣的環(huán)境進行微波電漿納米粒子的制備，經(jīng)微波電漿處理后，將具不同厚度無機材 料層的復(fù)合組件經(jīng)微波電漿處理后所制得且形成于該基材上的納米粒子，依無機材料層的 厚度由薄而厚，分別標記為試樣(III1)、(III2)、(III3)、(III4)、(III5),所得到的結(jié)果如圖 8與圖9所示，顯示所述納米粒子的粒徑仍然隨著該無機材料層的厚度增加而增加，且所述 納米粒子的粒徑與無機材料層的厚度有線性關(guān)系。<實施例四(氧化鎳納米粒子的制備)>
與 < 實施例三 > 的制法相同，使用裝置及設(shè)定參數(shù)也相同，只是將該無機材料層的材料改為鎳，且同樣是氧氣的環(huán)境下進行微波電漿處理，使無機材料層的金屬鎳與氧氣發(fā) 生反應(yīng)，據(jù)此仍能制得氧化鎳納米粒子，且實驗結(jié)果顯示所述納米粒子的粒徑仍然隨著該 無機材料層的厚度增加而增加，且所述納米粒子的粒徑與無機材料層的厚度有線性關(guān)系。<實施例五(金銀合金納米粒子的制備)>同 < 實施例一 > 的制法，使用裝置及設(shè)定參數(shù)也相同，只是在制備復(fù)合組件時， 是分別以金為靶材進行濺鍍先在該基材形成第一層無機材料層，再以銀為靶材進行濺鍍， 以在該第一層無機材料層上再形成第二層無機材料層，借此形成二層不同金屬材質(zhì)的無 機材料層，其中，進行無機材料層濺鍍時使用的濺鍍機所搭載的膜厚控制器的分辨率可達 0. lnm，該控制器整體控制范圍為0. Inm 999nm，因此，每一無機材料層的厚度最小可控制 在0. Inm,在此是分別改變金、銀材質(zhì)的無機材料層的厚度比例，并使該二層無機材料層的 總厚度維持在4nm，分別準備4片干凈的基材片，并在所述基材片上分別形成總厚度為4nm 的二層無機材料層，且這二層無機材料層的厚度比例分別為(IV1)金銀=Inm 3nm, (IV2)金銀=1. 5nm 2. 5nm，(IV3)金銀=2nm 2nm，(IV4)金銀=3nm lnm，微 波作用時間皆設(shè)定為20秒。經(jīng)微波電漿處理后，形成金銀合金型式的納米粒子，如圖10所 示，為其SEM圖，顯示雖然每一層無機材料層的厚度不同，但由于該二層無機材料層的總厚 度相同，使所形成的金銀合金納米粒子的粒徑大小相當一致，經(jīng)SEM圖形統(tǒng)計分析后，得到 平均粒徑為21nm士5nm。如圖11所示，為其UV/Vis光譜圖，顯示金銀比例不同時，可得到不 同特性的UV/Vis光譜圖，并能據(jù)此推知所制得的納米粒子確實為合金材質(zhì)。<實施例六(金銀鎳鈀合金納米粒子的制備)>同 < 實施例一 > 的制法，使用裝置及設(shè)定參數(shù)也相同，只是在制備復(fù)合組件時，是 分別以金、銀、鎳、鈀為靶材進行濺鍍，以在該基材層上形成四層不同金屬材質(zhì)的無機材料 層，其各層厚度分別為金=lnm，銀=lnm，鎳=1. 5nm，及鈀=1. 5nm，即總厚度為5nm，經(jīng)微 波電漿處理，形成金銀鎳鈀合金型式的納米粒子，以SEM觀察，可得到如圖12所示的結(jié)果， 經(jīng)SEM圖形統(tǒng)計分析后，得到所述納米粒子的平均粒徑為38nm士 lOnm，如圖13所示，以X射 線光電子能譜儀(X-ray photoelectron spectroscopy)量測而得到的XPS全光譜圖顯示 在所述合金納米粒子中出現(xiàn)了 Au、Ag、Ni、及Pd的鍵結(jié)能量(Binding energy)訊號，顯示 所述納米粒子的材質(zhì)確實為含有金、銀、鎳、鈀的合金。且可借由控制無機材料層的層數(shù)、材 質(zhì)種類及厚度，分別制出不同金屬種類與比例的合金納米粒子。由 < 實施例一 > < 實施例六 > 的結(jié)果顯示，透過本發(fā)明的制法與使用本發(fā)明的裝 置能分別制出預(yù)定粒徑的純金屬類、金屬氧化類或合金類的納米粒子，且所述納米粒子的 粒徑與該無機材料層的厚度具有良好的線性關(guān)系，因此可借由控制該無機材料層的厚度， 準確地控制所制造納米粒子的粒徑。除了無機材料層的厚度與所制出的納米粒子的粒徑間有良好的線性關(guān)系外，實驗 結(jié)果也顯示，微波處理后，所述納米粒子能穩(wěn)定地結(jié)合與黏附在該基材上，不易自該基材上 脫落，即使不在所述納米粒子上覆設(shè)保護層，所述納米粒子仍不易因為觸摸該基材表面或 靜電力而自該基材脫落，例如，當以金為無機材料層的原料時，經(jīng)微波能量作用后所形成的 金納米粒子能穩(wěn)定的結(jié)合在該基材上，且隨著微波作用時間越久，所形成的金納米粒子與 基材的結(jié)合力也會更強。形成這種現(xiàn)象的主要原因可能是在高溫微波電漿的作用下，無機材料層所形成的所述納米粒子的底層某部分會嵌入于基材內(nèi)，故能與該基材形成緊密的結(jié)合由以上說明可知，本發(fā)明無機材料納米粒子的制法及應(yīng)用該制法的裝置，可獲得 下述的功效及優(yōu)點，所以確實能夠達到本發(fā)明的目的
—、借由控制該反應(yīng)腔體31內(nèi)的壓力，并提供微波能量使所提供的特定氣體轉(zhuǎn)化 為高能量的微波電漿，就能在極短的時間內(nèi)，使與該微波電漿接觸的無機材料層22熔融而 形成且有預(yù)定粒徑大小的納米粒子220，使本發(fā)明的制造時間短且制造效率較高，而具有能 夠提供商業(yè)化大量制造生產(chǎn)納米粒子220的實用價值。二、借由控制形成在該基材21上的無機材料層22的厚度，就能準確地控制所制出 的納米粒子220的粒徑，使本發(fā)明具有制備過程穩(wěn)定，再現(xiàn)性佳與容易操作的特性。三、本發(fā)明的制法與裝置可適用于制造金屬類、金屬氧化物類與合金類的無機材 料納米粒子220產(chǎn)品，因此，針對不同應(yīng)用需求，在該基材層21上以預(yù)定材質(zhì)形成該無機材 料層22，就能制得所要求材質(zhì)的納米粒子220，使本發(fā)明具有應(yīng)用范圍廣泛的特性與優(yōu)點。
權(quán)利要求
一種無機材料納米粒子的制法；其特征在于該制法包含下列步驟(i)提供一個復(fù)合組件，該復(fù)合組件具有一個基材，及至少一層形成在該基材上且具有一預(yù)定厚度的無機材料層，該無機材料層分別是由一個選自以下組中的材料所制成金屬類、金屬氧化物類及合金類；(ii)將該復(fù)合組件置于一個腔室中，并對該腔室抽真空，及提供一氣體；及(iii)在一段預(yù)定的時間長度內(nèi)，持續(xù)對該腔室提供一個微波能量，使該氣體形成一個微波電漿，并作用至該復(fù)合組件的無機材料層，使該無機材料層熔融并形成多個相間隔且具有預(yù)定粒徑的無機材料納米粒子。
2.如權(quán)利要求1所述的無機材料納米粒子的制法，其特征在于在步驟(i)中，該復(fù)合 組件的無機材料層的厚度為Inm 20nm。
3.如權(quán)利要求2所述的無機材料納米粒子的制法，其特征在于在步驟(ii)中，是使 該腔室中的壓力降低并維持在0. 2torr 6. Otorr的范圍。
4.如權(quán)利要求3所述的無機材料納米粒子的制法，其特征在于在步驟(iii)中，所形 成的所述納米粒子的粒徑為3nm 200nm。
5.如權(quán)利要求3所述的無機材料納米粒子的制法，其特征在于在步驟(ii)中，所提 供的氣體為一種選自以下組中的氣體氬氣、氮氣及氧氣。
6.如權(quán)利要求3所述的無機材料納米粒子的制法，其特征在于在步驟(i)中，該無機 材料層為一種選自以下組中的金屬類材質(zhì)所制成金、銀、鈀、鉬、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、 鎂、錫、鈦、鉈及銥。
7.如權(quán)利要求3所述的無機材料納米粒子的制法，其特征在于在步驟(i)中，該無機 材料層是由一種選自以下組中的金屬所形成的氧化物所制成鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、 錫、鈦、鉈及銥。
8.如權(quán)利要求3所述的無機材料納米粒子的制法，其特征在于在步驟(i)中，該無機 材料層是由合金的氧化物所制成。
9.如權(quán)利要求8所述的無機材料納米粒子的制法，其特征在于在步驟(i)中，該無機 材料層是由氧化銦錫所制成。
10.如權(quán)利要求3所述的無機材料納米粒子的制法，其特征在于在步驟(i)中，該無 機材料層是由合金材質(zhì)所制成，且該合金為至少二種選自以下組中的金屬所制成金、銀、 鈀、鉬、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥。
11.如權(quán)利要求1所述的無機材料納米粒子的制法，其特征在于在步驟⑴中，該復(fù) 合組件具有多層不同材質(zhì)的無材機層。
12.如權(quán)利要求11所述的無機材料納米粒子的制法，其特征在于在步驟(i)中，該復(fù) 合組件的所述無機材料層的總厚度為Inm 20nm。
13.如權(quán)利要求12所述的無機材料納米粒子的制法，其特征在于在步驟⑴中，每一 層無機材料層的厚度范圍為0. Inm 19. 9nm。
14.如權(quán)利要求13所述的無機材料納米粒子的制法，其特征在于在步驟(ii)中，是 使該腔室中的壓力降低并維持在0. 2torr 6. Otorr的范圍。
15.如權(quán)利要求14所述的無機材料納米粒子的制法，其特征在于在步驟(i)中，所述 無機材料層分別是由一個選自以下組中的金屬類材質(zhì)所制成金、銀、鈀、鉬、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥。
16.如權(quán)利要求14所述的無機材料納米粒子的制法，其特征在于在步驟(i)中，所 述無機材料層分別是由選自于以下組中的材質(zhì)所制成金屬類、金屬氧化物類，及它們的組合。
17.如權(quán)利要求16所述的無機材料納米粒子的制法，其特征在于在步驟(i)中，所述 無機材料層分別是由一個選自以下組中的金屬類材質(zhì)金、銀、鈀、鉬、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、 鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥，以及一個選自以下組中的金屬所形成的氧化物鉻、鈷、鉬、銅、鎳、 鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥，所制成。
18.如權(quán)利要求14所述的無機材料納米粒子的制法，其特征在于在步驟(i)中，所述 無機材料層分別是由選自于以下組中的材質(zhì)所制成金屬類、合金類，及它們的組合。
19.如權(quán)利要求18所述的無機材料納米粒子的制法，其特征在于在步驟(i)中，所述 無機材料層分別是由一個選自以下組中的金屬類材質(zhì)金、銀、鈀、鉬、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、 鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥，以及至少二種選自于以下組中的金屬所形成合金類材質(zhì)金、銀、鈀、 鉬、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥，所制成。
20.一種應(yīng)用于制造無機材料納米粒子的裝置，適于使一層無機材料層熔融進而形成 多個相間隔的納米粒子，該無機材料層是形成在一個復(fù)合組件的一個基材上，該裝置包含 一個反應(yīng)腔體、分別連接到該反應(yīng)腔體的一個抽氣單元、一個供氣單元，及一個設(shè)置在該反 應(yīng)腔體的發(fā)射微波單元；其特征在于該反應(yīng)腔體包括一個供該復(fù)合組件容置的腔室、分別與該腔室相連通的一個抽氣口， 及一個進氣口；該抽氣單元是與該反應(yīng)腔體的抽氣口相連接，以對該腔室抽真空；該供氣單元是與該 反應(yīng)腔體的進氣口相連接，以通過該進氣口提供一氣體至該腔室；及該發(fā)射微波單元，是對應(yīng)該反應(yīng)腔體的腔室設(shè)置，以朝該腔室提供一個微波能量，使該 腔室內(nèi)的氣體形成一個作用于該復(fù)合組件的無機材料層的微波電漿。
21.如權(quán)利要求20所述的應(yīng)用于制造無機材料納米粒子的裝置，其特征在于該抽氣 單元能夠?qū)⒃撉皇抑械膲毫档筒⒕S持在0. 2torr 6. Otorr的范圍。
22.如權(quán)利要求21所述的應(yīng)用于制造無機材料納米粒子的裝置，其特征在于該供氣 單元所提供的氣體為一種選自以下組中的氣體氬氣、氮氣及氧氣。
23.如權(quán)利要求22所述的應(yīng)用于制造無機材料納米粒子的裝置，其特征在于該發(fā)射 微波單元的頻率實質(zhì)上是設(shè)定為2450MHz。
全文摘要
一種無機材料納米粒子的制法及應(yīng)用該制法的裝置，該制法包含下列步驟提供一個復(fù)合組件，該復(fù)合組件具有一個基材，及至少一層形成在該基材上且具有一預(yù)定厚度的無機材料層。接著，將該復(fù)合組件置于一個腔室中，并對該腔室抽真空及提供一氣體，再于一段預(yù)定的時間長度內(nèi)，持續(xù)對該腔室提供一個微波能量，使該氣體形成一個微波電漿，并作用至該復(fù)合組件的無機材料層，使該無機材料層熔融并形成多個相間隔且具有預(yù)定粒徑的納米粒子。借此，使本發(fā)明能以較簡單的設(shè)備與方法在短時間內(nèi)制出大量具有預(yù)定粒徑的納米粒子，而具有制造成本低及制造效率佳的特性與優(yōu)點。
文檔編號B82B3/00GK101804962SQ20091000737
公開日2010年8月18日 申請日期2009年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2009年2月17日
發(fā)明者林寬鋸, 許純淵 申請人:林寬鋸