激光消融制备纳米颗粒的研究进展.pdf

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1、第24卷第3期光学仪器Vol.24No.32002年6月oPTICALINSTRuMENTSJune2002文章编号:1005-5630(2002)02-0044-04激光消融制备纳米颗粒的研究进展李博鲍超施柏煊(浙江大学现代光学仪器国家重点实验室浙江杭州310027)摘要:分别概述了激光消融在制备金属及其氧化物~半导体和有机化合物纳米颗粒中的应用~目前的研究现状~技术特点及其发展趋势G关键词:纳米颗粒;激光消融;制备中图分类号:TN205文献标识码:AProgressinstudiesofnanopa

2、rticlepreparationbylaserablationL1BOBAOChaOSH1Baz-an(StateKeyLaboratoryofModernopticalInstrumentationZhejianguniversityHangzhou310027China)Abstract:ThispaperrevieWedtheapplicationsoflaserablationinthenanoparticlespreparationofvariousmaterialssuchasmetala

3、ndmetaloxidesemiconductorandorganiccompound.Theresearchstatustechnicalcharacteristicsandtrendofdevelopmenthavealsobeendiscussed.Keywords:nanoparticle;laserablation;preparation1引言纳米颗粒是指介于单个原子/分子和宏观大颗粒之间通常其粒径在1nm100nm的微小颗粒因具有与其宏观材料所不同的独特的物理~化学特性如:量子限域效应~小尺

4、寸效应~表面效应和界面效应等[1]从而近年来在世界上成为研究的热点G纳米颗粒的制备方法主要包括:气相法(如:气体冷凝法)~液相法(如:溶胶凝胶法~沉析法)~固相法(如:机械球磨法)和激光法等其中激光法又可分为激光诱导气相沉积法和激光消融法G激光消融法包括所消融的样品处于液体中和处于真空或者气体环境中这两种情况G激光消融是一个非常复杂的过程在样品的固体表面上光波的电磁能将转换成电子能~热能~化学能和机械能并伴随着可能包括中性原子~分子~正负离子~原子团~电子~光子以及微小样品颗粒溅射出来G虽然直到目前为止

5、激光消融的机理仍有未知部分但这并不影响其在工业和实验室中的应用特别是在纳米颗粒的制备中激光消融法因为操作简单产生的纳米颗粒粒度小且分布均匀因而被广泛用来制备金属及其氧化物~半导体和有机化合物等多种材料的纳米颗粒G2纳米颗粒的制备2~1金属及其氧化物金属纳米颗粒具有很多奇异的物理特性使之倍受人们的重视G例如:将金属铜或铝做成纳米颗粒由收稿日期:2002-03-13作者简介:李博(1975-)男湖北武汉人浙江大学博士研究生主要从事激光消融制备有机纳米材料方面的研究G第期李博等:激光消融制备纳米颗粒的研究进展

6、*45*于其表面效应9遇到空气就会激烈燃烧9发生爆炸O金属纳米颗粒由于其尺寸效应9其熔点会随着颗粒直径的减小而下降9直径为2nm的金颗粒其熔点为69而块状金的熔点却为17O目前激光消融制备金属纳米颗粒根据其所处的环境可分为两类9一类是将金属(金属粉末)安放在充以惰性气体(某种气体或者真空)的消融室中9并让其靶面旋转9如图1所示9通过激光直接照射后可在其旁的基片上收集得到它的纳米颗粒9通过控制气压和激光强度可以制备平均粒度不同的纳米颗粒O另一类是将金属放置在溶液中(通常为水溶液)9然后利用激光对其照射可以

7、得到包含其纳米颗粒的胶状溶液9如图2所示9此方法非常简单9对制备环境要求较低9制备的纳米颗粒一般呈圆球状且粒度分布均匀9纳米颗粒的大小也同样可以通过调整激光强度来控制O图1气体环境中激光消融装置图图2液体环境中激光消融装置图[2~4]利用图1类似装置制备得到了金~银和铁镍合金的纳米颗粒9其平均颗粒尺寸分别MFBecker等为:金8nm~116nm9银1nm~145nm9铁镍合金6nm~9nm9且都呈对数正态分布O研究还发现颗粒的平均大小随着激光强度的增大而增大9制备的平均颗粒尺寸的最小值出现在激光强度稍

8、微高于消融阈值附近9另外背景气体的气压和种类对平均颗粒尺寸也同样有影响9在真空~空气和氩气中制备的颗粒平均尺寸大小顺序为:真空>空气>氩气OTSasaki等[596]同样利用图1装置在充以氩气的环境中制备得到了大小分布为1.2nm~.2nm的氧化钴颗粒和2nm~26nm的钙铁氧化物颗粒9并同样发现纳米颗粒平均大小随着激光强度的增大而增大9当氩气的气压小于1Pa时平均颗粒大小随着气压的增大而增大9继续增大气压超过267Pa时9平均颗粒大小变为