[发明专利]一种具有特殊形貌的微－纳颗粒及其制备方法与应用

说明书

技术领域

本发明属于微-纳颗粒的可控制备技术，特别涉及一种利用液相环境中的 电场辅助控制进行脉冲激光烧蚀反应制备的具有特殊形貌的微-纳颗粒(高纯 二氧化锗方块和梭子)及其制备方法与应用。

背景技术

近年来，纳米材料在光学、电子学、电磁学、生物医学等众多领域展现 出了美好的应用前景，并成为纳米科技的前沿研究领域，因此也吸引着物理、 化学、材料、生物等领域的专家及研究者投入这项领域的研究工作中。多年 来的科学研究表明，微-纳颗粒会展现出一些与体相材料不同的新性质，产生 一些新的现象。这些新性质和新现象对人们认识自然和利用自然具有着重要 的意义，同时这对未来的工业和技术也将会产生革命性的影响。规则的纳米 结构往往可以被利用作很好地自组装成为二维、三维结构。而那些完美规整 的二维、三维结构则为将来的纳米电子器件打下了良好的基础。在微-纳颗粒 的研制中，微-纳颗粒的可控合成和组装是功能纳米器件的设计和构筑，并最 终走向应用的关键。其中，微-纳颗粒的可控合成包括了控制颗粒的大小、形 状以及对其相结构的可控性合成。这是一批前沿性和挑战性极高的研究课题， 同时也是一批急待解决的课题。

功能纳米材料及微-纳颗粒的结构和性能研究是无机功能材料研究领域 的一个研究热点。一般认为纳米材料的性能主要由形貌，表面效应和颗粒尺 寸效应所决定。目前已经有大量的文献报道介绍指出，各种形状纳米材料的 性能是由其电子结构和表面吸附的状态来决定的：电子结构完全依赖于材料 的晶体结构和晶格尺寸，而表面吸附状态常常会导致光淬灭或其他发光性能 方面的变化现象。因此，材料的可控合成将有助于对微-纳颗粒的性能与应用 方面进行的研究。影响微-纳颗粒可控合成的因素有很多，主要分成内禀因素 和外部因素两方面。内禀因素决定了热力学平衡状态的形状和结构；外部条 件则容易影响到纳米颗粒的大小、形状和相结构的调控。例如：反应时间， 温度，溶剂极性、前驱物浓度、反应性能以及表面活性剂等，均对纳米晶粒 的大小或者形状，以及晶体质量产生重大影响。纳米材料的组成单元为纳米 颗粒，纳米颗粒的尺寸和形状界定了纳米材料的应用范围。因此控制微-纳颗 粒的尺寸和形状对材料的研制与开发就显得尤其重要了。到目前为止在国内 外已经有大量的工作集中在研究微-纳颗粒的形状控制合成条件及方法上，例 如化学气相合成，分子束外延生长技术，模版法刻蚀等；也有很多文献表明 人们已经能成功制备出纳米方块、纳米线、纳米三角、纳米棒、枝状纳米颗 粒、片状纳米结构等。在众多合成方法中，湿化学法合成以其高产量合成不 同形状微-纳颗粒而具有着独特的优势。目前，已经用此法合成出多种具有规 则形状的金属微-纳颗粒。另一方面，脉冲激光烧蚀反应技术作为一种已被逐 步发展起来的，用于纳米材料和纳米结构制备的技术，以其在一定范围内可 控、反应氛围杂质含量极少等特点，被用来制备出了如量子阱、量子结、量 子线等微结构。在过往的研究中，这种主要以物理反应为主的脉冲激光烧蚀 反应制备技术，大多数情况下都是在真空或稀薄惰性气体环境中进行的。其 作用原理是：首先把脉冲激光光束聚焦在反应靶表面，使反应靶表面产生高 温并熔融，而激光的高能量又会随即把熔融的物质等离子体化而使其在靶材 表面形成等离子体羽；等离子体在真空或稀薄气体环境下会局域膨胀；随着 一个激光脉冲能量的结束，等离子体羽冷却，原本处在等离子体中的物质由 于骤冷而结合并沉积到衬底上。通过控制反应条件即可使最终产物形成薄膜 或纳米线等微结构。用这种方法制备出来的纳米材料结构均匀，物质纯度高， 而且还能够通过控制反应条件来获得一定的功能结构。因此激光烧蚀沉积是 一种制备高质量的微-纳结构材料的制备技术。然而，由于普通的激光烧蚀反 应都是在真空或稀薄气体条件下进行，因此这些反应所生成的微-纳结构大都 是自然生长形成的稳态结构，此外激光烧蚀反应在形貌可控合成方面表现得 并不怎么突出，因此当人们想要获得某种具有一定形貌的亚稳态结构的时候， 由于它们的形成要求在一定的亚稳态条件下完成，则用普通的脉冲激光烧蚀 沉积技术就难以满足要求了。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的不足之处，本发明的首要目的在于提供一 种利用液相环境中的电场辅助控制的脉冲激光烧蚀反应制备的具有特殊形貌 的微-纳颗粒。