專利名稱：一種在有機(jī)溶劑中制備金屬納米顆粒的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種 在有機(jī)溶劑中制備金屬納米顆粒的裝置，本發(fā)明制備的金屬納米顆粒純凈、大小可控且粒度均一。
背景技術(shù)：
金屬納米顆粒在生物、物理、化學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的制備方法是化學(xué)溶膠-凝膠法，該方法雖然產(chǎn)量高但過(guò)程復(fù)雜，一般的分散液是水，對(duì)于不同有機(jī)溶劑，需選用相應(yīng)的穩(wěn)定劑。在很多生物以及物理領(lǐng)域中，需要在各種有機(jī)溶劑中制備化學(xué)上“純凈”的金屬納米顆粒。比如，生物探測(cè)和成像需要無(wú)毒的銀納米顆粒，而化學(xué)方法合成的納米顆粒多含有毒化學(xué)物質(zhì)，需要經(jīng)過(guò)復(fù)雜的處理才能安全應(yīng)用；又如，金屬納米顆粒用于增強(qiáng)拉曼散射時(shí)，傳統(tǒng)的檸檬酸鹽還原法制備的金屬納米顆粒的拉曼增強(qiáng)活性隨著膠體放置的時(shí)間而發(fā)生很大改變，需要一種化學(xué)“純凈”的膠體。與化學(xué)方法相比，物理方法具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)。1997年Marek Prochazka等人就已經(jīng)用激光燒蝕方法制備出銀納米顆粒，并應(yīng)用于增強(qiáng)拉曼散射[ProbingApplications of Laser-Ablated Ag Colloids in SERS Spectroscopy Improvement ofAblation Procedure and SERS Spectral Testing, Analytical Chemistry，69(24)5103，1997]。實(shí)際應(yīng)用中，人們希望制備顆粒度均勻,大小可控的金屬納米顆粒溶液。Fumitaka等人在溶液中添加適量十二烷基硫酸鈉后，得到粒度均勻可控的金屬納米顆粒，但這種方法還是引入了表面活性劑，不能不說(shuō)是一種“化學(xué)污染”。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種在有機(jī)溶劑中制備金屬納米顆粒的裝置，在激光燒蝕部分之外，添加激光輻照和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)組件，對(duì)納米顆粒的大小和均勻性進(jìn)行控制，從而在有機(jī)溶劑中制備出所需大小的單分散金屬納米顆粒膠體。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的在有機(jī)溶劑中制備金屬納米顆粒的裝置，包括有一激光器，該激光器的光路上設(shè)置有一分束鏡，將激光器的光路分成燒蝕光路和輻照光路；其中燒蝕光路經(jīng)過(guò)聚焦后通過(guò)一全反鏡垂直照射在有機(jī)溶劑中的金屬靶材上；輻照光路經(jīng)過(guò)激光擴(kuò)束器成為非聚焦激光對(duì)有機(jī)溶劑進(jìn)行輻照；一吸收光譜儀，測(cè)量有機(jī)溶劑中金屬納米顆粒的大小和含量。所述的裝置，其中燒蝕光路和輻照光路中各設(shè)置有激光功率探測(cè)器。所述的裝置，其中燒蝕光路和輻照光路中均設(shè)置有衰減器控制光強(qiáng)。所述的裝置，其中有機(jī)溶劑和金屬靶材均放置在比色皿中。所述的裝置，其中比色皿固定在底座上，以保證激光的良好聚焦。所述的裝置，其中比色皿可以從固定座上取下直接于吸收光譜儀上測(cè)量吸收譜。
所述的裝置，其中金屬靶材浸沒(méi)于有機(jī)溶劑下方2cm。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是將激光燒蝕和激光輻照結(jié)合起來(lái)，對(duì)燒蝕過(guò)程以及晶粒生長(zhǎng)過(guò)程進(jìn)行控制，并用吸收譜進(jìn)行監(jiān)控，從而在有機(jī)溶劑中得到單分散的金屬納米顆粒。


圖I是本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是實(shí)施例一制備的銀納米顆粒的紫外可見(jiàn)吸收譜。圖3是實(shí)施例一制備的銀納米顆粒的TEM圖。圖4是實(shí)施例二制備的銀納米顆粒的紫外可見(jiàn)吸收譜。圖中組件符號(hào)說(shuō)明激光器I ;第一分束鏡2 ;第二分束鏡22 ;第三分束鏡222 ;凸透鏡3 ;第一激光功率探測(cè)器4 ;第二激光功率探測(cè)器44 ;全反鏡5 ；比色皿6 ；比色皿固定臺(tái)7 ;第一衰減器8 ；第二衰減器88 ;紫外-可見(jiàn)光柵光譜儀9 ;激光擴(kuò)束器10。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖I所示，本發(fā)明提供的在有機(jī)溶劑中制備金屬納米顆粒的裝置，在激光器I的光路上設(shè)置有一片60% 40%的分束鏡2，將激光器的光路分成功率為60%的燒蝕光路，以及功率為40%的輻照光路。其中燒蝕光路由凸透鏡3聚焦后再由全反射鏡5垂直照射在比色皿6中。燒蝕光路中設(shè)置有激光功率探測(cè)器4和衰減器8，并將燒蝕光路中第三分光束222分出的部分光強(qiáng)用于監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)激光器的功率。輻照光路由第二分束器22反射至激光擴(kuò)束器10，將輻照光路變換為非聚焦激光，使擴(kuò)束后的光束盡量覆蓋比色皿6中的全部溶液，以保證溶液中各處的納米顆粒受到作用。輻照光路中設(shè)置有第二激光功率探測(cè)器44和第二衰減器88，并將輻照光路中第三分光束22分出的部分光強(qiáng)用于監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)激光器的功率。比色皿6用于盛放有機(jī)溶劑和金屬IE材,金屬IE材放置在有機(jī)溶劑液面下約2cm·處。比色皿6固定在一個(gè)金屬制成的比色皿固定臺(tái)7中，固定后比色皿6受到激光沖擊產(chǎn)生的位置漂移以及每次裝卸時(shí)產(chǎn)生的位置誤差遠(yuǎn)小于激光的瑞利散射長(zhǎng)度，以保證激光的良好聚焦。本發(fā)明在使用時(shí)的調(diào)整過(guò)程，首先調(diào)整燒蝕光路，使得光線垂直聚焦在浸沒(méi)在溶液中的金屬靶上。調(diào)整輻照光路時(shí)，應(yīng)使擴(kuò)束后的光束盡量覆蓋整個(gè)溶液，以保證溶液中各處的納米顆粒受到作用。具體操作過(guò)程中，可以根據(jù)需要單獨(dú)打開(kāi)燒蝕光路、輻照光路或者同時(shí)打開(kāi)兩路。增加燒蝕光路的功率，可以提高納米顆粒產(chǎn)生的速率，同時(shí)會(huì)產(chǎn)生比較大的顆粒，此時(shí)需要同時(shí)打開(kāi)輻照光路對(duì)產(chǎn)生的顆粒大小進(jìn)行調(diào)整。下面結(jié)合實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明實(shí)施例一在PGMEA中制備銀納米顆粒激光光路分為圖I所示上部的燒蝕光路和下部的輻照光路。使用Nd: YAG激光器產(chǎn)生的倍頻光532nm，脈寬10ns，重復(fù)頻率10Hz，分束后60%用于燒蝕，40%用于輻照。每一路均有衰減器以調(diào)節(jié)光強(qiáng)并分出40%用于監(jiān)測(cè)功率。燒蝕光束經(jīng)150_石英透鏡聚焦在浸沒(méi)在有機(jī)溶液中的金屬靶上。輻照光路經(jīng)過(guò)擴(kuò)束器輻照整個(gè)溶液。激光燒蝕出來(lái)了的金屬納米顆粒，在額外激光的輻照下，將會(huì)被融化并重新生長(zhǎng)成大小均勻的顆粒。本發(fā)明的方法不引入額外的化學(xué)物質(zhì)，而且通過(guò)控制生長(zhǎng)過(guò)程可以控制生成納米顆粒的大小。石英比色皿可以隨時(shí)取下并直接放在光柵光譜儀中快速測(cè)量紫外-可見(jiàn)吸收譜。在IOmm光程比色皿6中盛裝2ml丙二醇甲醚醋酸酯(PGMEA)，將一小塊直徑為8mm,厚度為Imm的銀片拋光,用30%硝酸浸泡20分鐘后,清洗干凈放入比色皿6中。將比色皿6固定在比色皿 固定架7上，固定后比色皿受到激光沖擊產(chǎn)生的位置漂移以及每次裝卸長(zhǎng)生的位置誤差遠(yuǎn)小于激光的瑞利散射長(zhǎng)度。首先關(guān)閉輻照光路，將燒蝕光路功率調(diào)整到3mW左右，調(diào)整透鏡3的位置，直至聽(tīng)到激光打在金屬靶上產(chǎn)生的啪啪聲，說(shuō)明已經(jīng)很好聚焦，然后調(diào)整石英比色皿6的角度以保證光束垂直打在金屬靶上，從而得到最高的燒蝕效率。將燒蝕激光功率調(diào)節(jié)為150mW，輻照激光功率調(diào)節(jié)為200mW，燒蝕的同時(shí)輻照，進(jìn)行15分鐘。此時(shí)溶液變成黃色，測(cè)量吸收譜在400nm處有很強(qiáng)的吸收峰(如圖2所示)，證明了銀納米顆粒的存在，顯示納米顆粒大小為15nm左右，且形狀大小均勻(如圖3所示)。實(shí)施例二 在二甲基甲酰胺(DMF)中制備銀納米顆粒銀片處理、激光調(diào)整過(guò)程同上面實(shí)例，燒蝕功率仍為150mW，但不加輻照激光，燒蝕15分鐘后，吸收譜在404nm處有較強(qiáng)的吸收峰，說(shuō)明銀納米顆粒的存在，其紫外可見(jiàn)吸收譜如圖4所示。
權(quán)利要求
1.一種在有機(jī)溶劑中制備金屬納米顆粒的裝置，包括有 一激光器，該激光器的光路上設(shè)置有一分束鏡，將激光器的光路分成燒蝕光路和福照光路；其中: 燒蝕光路經(jīng)過(guò)聚焦后通過(guò)一全反鏡垂直照射在有機(jī)溶劑中的金屬靶材上； 輻照光路經(jīng)過(guò)激光擴(kuò)束器成為非聚焦激光對(duì)有機(jī)溶劑進(jìn)行輻照； 一吸收光譜儀，測(cè)量有機(jī)溶劑中金屬納米顆粒的大小和含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，燒蝕光路和輻照光路中各設(shè)置有激光功率探測(cè)器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的裝置，其中，燒蝕光路和輻照光路中均設(shè)置有衰減器控制光強(qiáng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的裝置，其中，有機(jī)溶劑和金屬靶材均放置在比色皿中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，比色皿固定在底座上，以保證激光的良好聚焦。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的裝置，其中，比色皿可以從固定座上取下直接于吸收光譜儀上測(cè)量吸收譜。
7.根據(jù)權(quán)利要求I或4所述的裝置，其中，金屬靶材浸沒(méi)于有機(jī)溶劑下方2cm。
全文摘要
一種在有機(jī)溶劑中制備金屬納米顆粒的裝置，包括有一激光器，該激光器的光路上設(shè)置有一分束鏡，將激光器的光路分成燒蝕光路和輻照光路；其中燒蝕光路經(jīng)過(guò)聚焦后通過(guò)一全反鏡垂直照射在有機(jī)溶劑中的金屬靶材上；輻照光路經(jīng)過(guò)激光擴(kuò)束器成為非聚焦激光對(duì)有機(jī)溶劑進(jìn)行輻照；一吸收光譜儀，測(cè)量有機(jī)溶劑中金屬納米顆粒的大小和含量。本發(fā)明制備的金屬納米顆粒大小可控，顆粒度均一，且不含表面活性劑等化學(xué)雜質(zhì)，可以廣泛應(yīng)用于生物、物理、化學(xué)等研究領(lǐng)域。
文檔編號(hào)B22F9/04GK102909382SQ201110218950
公開(kāi)日2013年2月6日 申請(qǐng)日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者石洪菲, 王燦, 周岳亮, 金奎娟, 楊國(guó)楨 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院物理研究所