[发明专利]一种电子束辐照提高金属材料稳定性的方法

说明书

本发明属于金属微米、纳米功能结构/材料的制备和加工领域，更具体地，涉及一种通过电子束辐照提高表面均匀包覆有有机壳层的金属材料稳定性方法。利用金属材料表面的有机壳层作为前驱体，通过电子束辐照使得所述有机壳层分解并转变成致密的碳质表面包覆层，将金属材料与外界隔绝，从而提高金属材料的稳定性。在不引入第三物质的情况下，利用均匀包覆有有机壳层的金属材料自身的结构优势，提高了金属材料的稳定性。本发明具有高效、快速、低成本、无污染、对金属材料本征特性无破坏等优点，不仅能满足电子、光子器件等领域对于金属材料的稳定性需求，同时在金属微米、纳米级结构制造中也能根据需求调控金属材料的性质。

技术领域

本发明属于金属微米、纳米功能结构/材料的制备和加工领域，更具体地，涉及一种通过电子束辐照提高表面包覆有有机壳层的微纳米金属材料稳定性方法。

背景技术

微纳米尺度金属材料是微纳米材料领域的研究重点，是实现微纳米技术创新发展的关键材料。低维纳米金属材料(至少在一个维度上小于100nm)，主要包括形态各异的纳米金属颗粒和准一维纳米金属线等，因其小尺寸效应、超高比表面积以及表面大量缺陷、悬空化学键等活性反应位，使得纳米尺度金属具有优异的表面化学性能和独特的光、电、磁等物理性能，因而在微器件、电化学传感器、多相催化、燃料电池以及生物医药等领域具有广阔的应用前景。但是高反应活性使得抗氧化腐蚀、迁移等稳定性问题成为实际应用的首要考虑因素。另外，与高真空处理的蒸发或溅射相比，在实际应用中金属微纳米材料总是被制备成用于全印刷电子器件应用的特定电极印刷的墨水，绝大部分是在溶液环境下，或处于有液体接触的复杂多相体系中，这种开放的液相环境可能会加速金属微纳米结构的化学腐蚀。因而稳定性问题更具挑战性，要求开发一种确保加工和储存期间稳定性的有效方法。

迄今为止，已采用各种材料作为钝化涂层来改善金属微纳米材料的稳定性，包括金属氧化物，贵金属和碳材料等，但仍存在一些局限性。例如，金属氧化物可以形成致密且稳定的壳，具有优异的保护效果，但总是以牺牲导电性为代价。而Au和Pt之类的贵金属导电性能优异，但是除了增加成本以外，通常需要相对较厚的厚度来实现致密包覆以获得足够的保护，这一定程度上降低了光学性能。碳材料，特别是石墨烯和氧化石墨烯，在大气条件下具有高度不透气性和优异的化学惰性，也被作为防腐屏障受到了很多关注，但是存在的一个挑战是如何涂覆完整致密的保护层，这些二维碳片附着在金属材料表面，一旦存在暴露区域，则会加速腐蚀。为了制备完整均匀的碳壳，在金属材料的合成过程中引入了有机前体如葡萄糖用于原位碳涂层，但预涂的无定形碳壳总是厚且多孔的，导致金属材料的电光性能下降。而且，所有上述基于溶液的方法都不可避免地产生化学废物或副产物。因此，对于金属材料表面钝化以提高稳定性的问题，仍然需要开发一种无污染并不损害其优异的本征电光特性的方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种电子束辐照提高金属材料稳定性的方法，其利用表面均匀包覆有有机壳层的金属材料，通过合适剂量的电子束辐照，使得有机壳层分解成为碳质碎片并再吸附在金属材料表面，形成一层均匀致密的碳质保护壳，从而提高金属材料的稳定性，由此解决现有的提高表面均匀包覆有有机壳层的金属材料稳定性的方法提高稳定性的同时产生污染且损害其优异的本征电光特性的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种电子束辐照提高表面包覆有有机壳层的金属材料稳定性的方法，利用金属材料表面的有机壳层作为前驱体，通过电子束辐照该前驱体使得所述有机壳层前驱体分解并转变成致密的碳质表面包覆层，以使得所述金属材料与外界隔绝，从而提高所述金属材料的稳定性。

优选地，所述的方法包括如下步骤：

(1)将表面包覆有有机壳层的金属材料沉积在基片表面，获得表面涂覆有金属材料的基片；

(2)将所述表面涂覆有金属材料的基片暴露于电子束辐照范围内，经过电子束辐照，所述金属材料表面包覆的有机壳层分解，再吸附交联，在所述金属材料表面形成致密的碳质层。