[发明专利]一种激光辐照制备纳米合金液滴的方法

说明书

本发明公开了一种激光辐照制备纳米合金液滴的方法，属于液态金属技术领域，包括以下步骤：S1、对液态金属进行预分散，将预分散的液态金属置于有机溶剂中，制得液态金属/有机溶剂前驱液；S2、向S1制得液态金属/有机溶剂前驱液中引入非聚焦激光，搅拌条件下，进行激光辐照蒸发；S3、搅拌条件下，向S2激光蒸发之后的体系中通入含有氧气的混合气体，促进钝化层的生成；S4、钝化层生成后，浓缩或分离，制得纳米合金液滴；通过本发明提供的制备方法制备的纳米液滴成分均匀、尺寸结构可控，且表面无配体可修饰性强，为柔性电子、光催化和纳米医学等领域的应用提供了制备基础材料的方法。

技术领域

本发明属于液态金属技术领域，具体涉及一种激光辐照制备纳米合金液滴的方法。

背景技术

镓基液态金属合金，如共晶镓铟(EGaIn)和镓铟锡(Galinstan)，具有高电导率和高热导率、可忽略不计的蒸气压、远低于汞的毒性等许多优秀理化性质。此外，这种液态金属表面会形成天然氧化镓薄膜层，从而可以通过超声处理、超声雾化等多种方法粉碎大液滴来形成稳定的纳米颗粒。这些液态金属的纳米级液滴因为具有固体金属纳米粒子无法比拟的可变形和可降解等优点，被广泛应用于制备纳米药物、可常温烧结导电墨水等。尽管近年来对液态金属纳米颗粒在柔性电子、光催化和纳米医学等领域的应用有诸多探索，然而受限于现有制备方法如超声等主要基于超声剪切力的作用，获得的纳米颗粒尺寸较大(往往大于几十纳米)，并且粒径分布范围较宽。限制了对它们的物理性质的探究，以及潜在应用的开发。因此，现有技术还有待于改进和发展。

另外现阶段所制备的微纳米液态金属都需要表面活性剂来稳定或者分散，进而实现微纳颗粒的制备，液相脉冲激光辐照技术，主要基于激光与液相媒介中分散或者浸没的靶材相互作用，基于光热作用，通过激光波长、能量密度等参数的调控，实现靶材的可控加热-熔化-蒸发，进而实现无配体微纳材料的可控制备。现阶段已经实现了金属、半导体氧化物、碳/氮化物等固相靶材的纳米颗粒从几纳米到几百纳米固体颗粒的可控制备。另外，基于激光辐照技术也实现了液相靶材到固相纳米颗粒的转化，如甲苯等通过光热碳化实现了液相靶材到固相纳米颗粒的转化。然而，基于激光辐照技术实现液相靶材到液相纳米颗粒之间的转换还处于空白阶段，主要面临的技术难点是，(1)在光热过程中靶材要保持其原来的性质，如不分解等，(2)液相靶材具有自发融合在一起形成较大液滴的趋势，因此要保证生成的纳米颗粒的有效保持与保存。

因此，需要开发一种制备工艺简单、制备产物性能稳定、制备效率高的且无配体的纳米液态金属液滴的制备方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种激光辐照制备纳米合金液滴的方法，基于光热作用，通过对激光的调控，实现靶材的可控加热-熔化-蒸发，进而实现不同尺寸纳米液态合金的可控制备，形成的液态纳米合金在微氧化环境中自钝化形成一层氧化镓钝化膜，在保护内部金属不被氧化的同时，也提供一层障碍，阻止纳米液滴的自融合；该方法具有工作温度低、反应温和、效率高，产物表面无配体且尺寸可控。

一种激光辐照制备纳米合金液滴的方法，包括以下步骤：

S1、液态金属/有机溶剂前驱液的制备

对液态金属进行预分散，将预分散的液态金属置于有机溶剂中，制得浓度为0.01～1mg/ml的液态金属/有机溶剂前驱液；

S2、激光蒸发

向S1制得液态金属/有机溶剂前驱液中引入非聚焦激光，搅拌条件下，进行激光辐照蒸发；

引入的所述非聚焦激光满足以下条件：所述有机溶剂对所述非聚焦激光的波长吸收率≤0.1％，所述液态金属对所述非聚焦激光的波长吸收率≥50％，该手段是为了使液态金属靶材吸收足够能量蒸发，但不能过高击穿液态金属靶材产生等离子体，使反应失去可控性或使有机液相媒介碳化；所述液态金属的光热蒸发过程中，液态金属开始蒸发曲线和光热完全蒸发曲线之间没有交叠区，该手段是为了使液态金属中不同元素能够同时蒸发，以形成与原始靶材成分相同的产物；