[发明专利]一种银铜纳米合金及其制备方法

说明书

一、技术领域

本发明属于金属功能材料领域，具体是一种银铜纳米合金及其制备方法。

二、背景技术

金属等离子晶体(plasmonic crystal)是一种具有表面等离子共振(surface plasmonresonance，SPR)活性的金属功能材料器件，能够在纳米尺度上控制电磁场，在国防工业和信息产业中有着重要的应用，其中，太阳能电池和高密度存储器等器件已经开始商业化开发，具有极大的商业前景和巨大的社会效益。

目前，制备金属等离子晶体器件主要使用Ag，Au和Cu等纯金属粒子为原材料，这些原料的共振波长主要通过尺寸和形状等因素来调制。以纯金属纳米银和纳米金为例，目前已经研究了下列纳米结构及其表面等离子共振波长的调制性质：1.纯金属纳米球，球形金银纳米粒子是目前最广泛研究的体系，直径尺寸为20nm和100nm的Au纳米球的表面等离子共振波长在520nm和650nm，而相应尺寸的Ag纳米球的表面等离子共振(SPR)波长为370nm和600nm。2.纯金属纳米棒，纳米棒具有多个表面等离子共振(SPR)峰，大量的实验测试和理论计算都发现，Au和Ag纳米棒具有多极的表面等离子共振模式。3.纯金属纳米壳，纳米壳是随着生物医学应用发展起来的纳米结构，其表面等离子共振(SPR)峰可以调制到近红外区域(600-900nm)。

在金属等离子晶体中，应用这些纯金属纳米材料和结构明显存在的技术问题是难以实现离域表面等离子模式(delocalized surface plasmon resonance，SPP)和局域表面等离子模式(local surface plasmon，LSP)的耦合，原因是：由于等离子波导的特殊传输方式，金属等离子晶体中电磁能的传输具有较低的群速度，波导中电磁波的群速度依赖于纳米粒子之间的近场耦合强度，这个近场耦合强度取决于纳米粒子直径和粒子间距。目前应用纯金属纳米材料和结构时，如果增加纳米粒子尺寸来降低局域等离子频率，同时会减少粒子间距，降低离域等离子频率，难以实现确定一个合适的频率实现LSP和SPP模式耦合。

纳米合金及其制备方法已经有很多文献报道，其中最多的就是银金体系，由于纳米银吸收波长比纳米金短，银金体系的等离子共振峰位置随着银含量的增加而蓝移。相比之下，银铜纳米合金的杀菌性能和催化性质已经有一些文献报道，光学性质还没有报道，由于Cu的等离子体吸收峰比Au更加靠近红外波段，银铜纳米合金体系可以在更宽的范围内调节等离子体吸收波长，其研究更有意义。银铜纳米合金的制备方法主要有：离子注入法，凝胶溶胶法，粒子束混合，球磨等方法，这些制备方法的主要缺点是：银和铜不能形成合金，而是以两相分离的形式存在，制备的材料出现了与Ag和Cu相关的两个吸收峰。

三、发明内容

为克服现有技术中存在的纯金属粒子必须以尺寸和形状来调制表面等离子共振波长的局限性，以及在银铜纳米合金的制备中，银和铜以两相分离的形式存在，出现了与Ag和Cu相关的两个吸收峰的不足，本发明提出了一种银铜纳米合金及其制备方法。

本发明包括摩尔成分为(1-x)Ag-xCu，其中x＝0.2-0.8，合金的相为FCC结构单相固溶体；合金的微观结构为枝晶，并且所选用合金的一次枝晶长度为10-20μm，二次枝晶间距为100-200nm，长度为2-10μm，三次枝晶间距为10-20nm，长度为2-10nm。

本发明还提出了制备银铜纳米合金的方法，其具体包括如下步骤：

步骤1、清洗ITO玻璃基体

将ITO玻璃基体浸泡在0.5mol/L的NaOH溶液中15min，其后用去离子水将ITO玻璃充分冲洗干净；最后将ITO在丙酮溶液中超声清洗15min。

步骤2、配制电解液

配制电解液时，称量100ml去离子水，先加入0.1-0.8g PEG-10000，待其溶解后，再加入0.03-0.2g AgNO₃和0.04-0.2g Cu(NO₃)₂，最后加入0.51g KNO₃。

步骤3、制备盐桥

将90g的KNO₃溶解在100g蒸馏水中，将KNO₃溶液加热至60℃，再将总溶液质量5％的琼脂加入，升温至90℃溶解。用直径约为5-6mm的玻璃管弯成U形管，把做好的琼脂溶液灌入U形管中，即形成了装有凝固了的琼脂溶液的玻璃管(盐桥)。

步骤4、恒电位沉积