[发明专利]在基底上制备六角网络点阵分布的金属纳米颗粒的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种在基底上制备六角网络点阵分布的金属纳米颗粒的方法，属于纳米材料的制备和应用技术领域。

背景技术

二维分立有序的纳米金属颗粒点阵在纳米结构太阳电池，表面增强拉曼光谱研究、表面等离子体共振研究、有序纳米材料制备等领域具有广阔的应用前景。常规方法在基底上制备有序阵列，首先要得到单分散的金属粒子，然后采用合适工艺对粒子进行有序化排布。但目前成功制备的单分散金属纳米粒子种类很少，且其尺寸和形状不易控制，制备直径大于30纳米的单分散纳米粒子十分困难。像气相-液相-固相(VLS)生长法所需的金属催化颗粒一般是由金属薄膜高温退火得到的，这样得到的金属颗粒直径大小不一，且金属颗粒分布随机；虽然借助光刻技术能够解决该问题，但光刻技术成本较高，不便大规模采用。另有人采用反向多孔模板方法制备出了有序的金属纳米颗粒阵列，但在工艺过程中要结合反应离子刻蚀技术，整套实验流程相对较为复杂。

模板技术已在纳米材料领域被广泛使用，该技术能够很好地控制纳米材料的结构和形貌；物理气相沉积(热蒸发、磁控溅射、电子束蒸发等)是常见的制膜技术，该技术设备简单，易于操作，工艺成熟；快热退火工艺在材料科学中也被广泛采用，通过快热退火可以改变材料的性能和结构。作者采用如上所述的三种常见工艺和方法，在基底上成功制备出了有序排布的纳米金属颗粒。整套流程不需要昂贵的仪器和设备，操作简单，具有广阔的应用前景。

发明内容

本发明的目的是提出一种在基底上制备六角网络点阵分布的金属纳米颗粒的方法，将模板技术、物理气相沉积和快热退火工艺相结合，在覆盖有六角密排微球模板的基底上，采用物理气相沉积方法制备金属薄膜，去除微球后得到有序排布的近三角形纳米金属颗粒点阵，在温度低于基底和金属的共熔点30-80℃下，对基底进行快热退火处理，得到有序分布的近半球形纳米金属颗粒点阵。

本发明提出的在基底上制备六角网络点阵分布的金属纳米颗粒的方法，包括以下步骤：

(1)采用物理气相沉积方法，在带有六角密排分布微球模板的基底上均匀沉积一层厚度为50纳米～180纳米的金属薄膜；

(2)在超声氛围下迅速晃动样品，时间为2秒～10秒，去除基底上的微球，在基底上留有六角网络点阵分布的金属纳米颗粒阵列；

(3)将留有金属纳米颗粒阵列的基底水平放入快热退火炉中，在小于金属和基底材料共熔点温度30～80℃下，在惰性气氛中，对基底进行快热退火，退火时间为30～90秒，在基底上得到具有六角网络点阵分布的金属纳米颗粒。

本发明提出的在基底上制备六角网络点阵分布的金属纳米颗粒的方法，具有以下优点：

1、本发明采用常规的微球模板技术，通过改变微球的直径，可控制具有六角网络点阵分布的金属颗粒的密度。

2、本发明采用常规的物理气相沉积技术，例如蒸发和溅射，通过改变沉积的金属膜厚，可控制金属颗粒的大小。

3、本发明通过选择合适的金属和基底材料，可以得到不同金属的六角网络点阵。

4、本发明所用的设备成本较低，技术成熟，操作简单，实验周期较短。为批量化生产提供了可能。

附图说明

图1是本发明实施例所采用的带有六角密排分布微球模板的基底的扫描电镜图。

图2是本发明实施例制备的去除模版后的附着在基底上的六角网络点阵分布的三角形金属银纳米粒子的扫描电镜图。

图3是本发明实施例制备的在基底上的具有六角网络点阵分布的近球形金属银纳米颗粒的扫描电镜图(金属银膜厚80纳米)。

图4是本发明实施例制备的在基底上的具有六角网络点阵分布的近半球形金属银纳米颗粒的扫描电镜图(金属银膜厚150纳米)。

具体实施方式

本发明提出的在基底上制备六角网络点阵分布的金属纳米颗粒的方法，包括以下步骤：

(1)采用物理气相沉积方法，在带有六角密排分布微球模板的基底上均匀沉积一层厚度为50纳米～180纳米的金属薄膜；

(2)在超声氛围下迅速晃动样品，时间为2秒～10秒，去除基底上的微球，在基底上留有六角网络点阵分布的近三角形金属纳米颗粒阵列；

(3)将留有金属纳米颗粒阵列的基底水平放入快热退火炉中，在小于金属和基底材料共熔点温度30～80℃下，在惰性气氛中，对基底进行快热退火，退火时间为30～90秒，在基底上得到具有六角网络点阵分布的金属纳米颗粒。

上述方法中，基底可以为单晶硅片、石英片或金属薄片。