CN204182917U

CN204182917U - 一种采用脉冲激光液相烧蚀法制备纳米结构装置

Info

Publication number: CN204182917U
Application number: CN201420585670.XU
Authority: CN
Inventors: 赵艳; 李双浩; 蒋毅坚
Original assignee: Beijing University of Technology
Current assignee: Beijing University of Technology
Priority date: 2014-10-10
Filing date: 2014-10-10
Publication date: 2015-03-04
Anticipated expiration: 2024-10-10

Abstract

一种采用脉冲激光液相烧蚀法制备纳米结构的装置属于激光制造领域。该装置包括激光器、反射镜、聚焦镜、石英窗口、烧杯、烧蚀靶材、旋转平台，所述反射镜位于聚焦镜上方，所述聚焦镜位于石英窗口上方，所述石英窗口位于烧杯顶部，所述烧蚀靶材固定在烧杯内底部，所述烧杯位于旋转平台上，石英窗口、烧杯与旋转平台转轴同轴，旋转平台的转速可调。采用本装置在脉冲激光液相烧蚀法制备纳米结构过程中烧杯内液体被石英窗口与外界隔绝，不会外溅。可以提前通入氧气或氮气或氦气，促进或保护烧蚀过程中纳米结构的形成。.本装置旋转平台外设，烧杯底部无需密封，既节省制造成本又不会在制备过程中污染液体。

Description

一种采用脉冲激光液相烧蚀法制备纳米结构装置

技术领域

本实用新型专利是一种采用脉冲激光液相烧蚀法制备纳米结构的装置。

背景技术

伴随着纳米技术的发展，人们对纳米颗粒的认识也越来越清晰，尤其以ZnO为代表的纳米结构在电学、光学、催化方面表现出许多独特的性能，在微纳光电器件领域具有巨大的应用潜力。到目前为止有很多制备纳米结构的文章，但都是采用的化学合成法，化学合成法具有工艺成熟，容易控制的特点，但是化学合成法在制备过程中不可避免的引入一些杂质，这大大限制了化学法合成产物的应用。脉冲激光液相烧蚀法是一种简单，快速，绿色的制备纳米材料的方法，采用脉冲激光烧蚀处于液相环境中的金属靶材，得到分散在液体中的纳米级颗粒。具有合成设备简单，制备快速，制备过程中没有杂质引入的特点。

但是，之前采用的烧蚀设备有一些不足：首先，之前的烧蚀设备都是开放式设备，烧蚀过程中，激光能量过高会导致液体飞溅。其次，开放式设备只能在大气中使用，不能通入气体促进或者保护烧蚀过程中的反应。第三，之前的烧蚀装置一般采用步进电机直接带动靶材旋转，这样需要在烧杯底部与电机之间进行良好的密封，这样就提高了设备成本与复杂程度，维修起来也十分麻烦。

发明内容

为了解决上述不足，本实用新型采用以下技术方案：

1)一种采用脉冲激光液相烧蚀法制备纳米结构的装置，包括准分子激光1、反射镜2、镜片支架3与支架座9、聚焦镜4、石英窗口5、烧杯6、烧蚀靶材7、可调速旋转平台8，所述反射镜2位于聚焦镜4上方，所述聚焦镜4位于石英窗口5上方，所述石英窗口5位于烧杯6顶部，所述烧蚀靶材7固定在烧杯6内底部，所述烧杯6位于旋转平台8上，石英窗口5、烧杯6与旋转平台8转轴同轴，旋转平台8的转速可调。

2)以上所述采用脉冲激光液相烧蚀法制备纳米结构的装置，其特征在于采用的烧蚀靶材7已经去除氧化层，且表面经过机械抛光。

3)以上所述采用脉冲激光液相烧蚀法制备纳米结构的装置，其特征在于所述的激光是KrF准分子激光，激光参数：波长248nm，单脉冲能量100mJ-1000mJ，重复频率1-50Hz。

4)以上所述采用脉冲激光液相烧蚀法制备纳米结构的装置，其特征在于所述石英窗口5位于烧杯6顶部。

5)以上所述采用脉冲激光液相烧蚀法制备纳米结构的装置，其特征在于所述烧蚀靶材7固定在烧杯6内底部。

6)以上所述采用脉冲激光液相烧蚀法制备纳米结构的装置，其特征在于所述烧杯6位于旋转平台8上。

7)以上所述采用脉冲激光液相烧蚀法制备纳米结构的装置，其特征在于所述石英窗口5、烧杯6与旋转平台8转轴同轴。

8)以上所述采用脉冲激光液相烧蚀法制备纳米结构的装置，其特征在于所述旋转平台8的转速1-60转/分钟可调。

9)以上所述采用脉冲激光液相烧蚀法制备纳米结构的装置，其特征在于所述烧杯6中可以在实验前通入氧气或氮气或氦气，并用石英窗口封口防止气体外泄。

本装置由于采取以上技术方案，其具有以下优点：

1.采用本装置在脉冲激光液相烧蚀法制备纳米结构过程中烧杯内液体被石英窗口与外界隔绝，不会外溅。

2.采用本装置在脉冲激光液相烧蚀法制备纳米结构过程中烧杯可以提前通入氧气或氮气或氦气，促进或保护烧蚀过程中纳米结构的形成。

3.本装置旋转平台外设，烧杯底部无需密封，既节省制造成本又不会在制备过程中污染液体。

附图说明

图1是本实用新型烧蚀装置示意图。

1准分子激光 2反射镜 3镜片支架

4聚焦镜 5石英窗口 6烧杯

7烧蚀靶材 8可调速旋转平台 9支架座

图2是采用本装置制备的Ag纳米颗粒的透射电子显微镜图像。

图3是采用本装置制备的Au纳米颗粒的透射电子显微镜图像。

图4是采用本装置制备的ZnO纳米颗粒的透射电子显微镜图像。

图5是采用本装置制备的Ag/ZnO核壳纳米结构纳米颗粒的透射电子显微镜图像。

具体实施方式

下面结合附图对具体实施方式作进一步详细描述，但不仅限于以下实施例。

实施例1：

将Ag靶先用30％(质量百分比浓度，以下同)硝酸浸泡1分钟去除表面氧化层，将Ag金属靶用细砂纸机械抛光，将抛光的Ag金属靶先后在无水乙醇和去离子水中用超声清洗机超声15分钟。把已清洗的Ag靶放置于装有10ml去离子水的烧杯底部，将烧杯放置于旋转平台上，旋转速度10转/分钟。用波长为248nm的KrF准分子激光(单脉冲能量400mJ，重复频率5Hz)经反射后聚焦在Ag靶表面对Ag靶烧蚀30分钟，得到Ag纳米颗粒胶体。

图2是采用本装置用以上工艺制备的Ag纳米颗粒的透射电子显微镜图像。从图中可以看出，本实验装置制备的Ag纳米颗粒直径为5-15nm，分散均匀，制备效果很好。

实施例2：

将Au靶先用30％的稀硝酸浸泡1分钟去除表面氧化层，将Ag金属靶用细砂纸机械抛光，将抛光的Au金属靶先后在无水乙醇和去离子水中用超声清洗机超声15分钟。把已清洗的Au靶放置于装有10ml去离子水的烧杯底部，将烧杯放置于旋转平台上，旋转速度15转/分钟。用波长为248nm的KrF准分子激光(单脉冲能量300mJ，重复频率5Hz)经反射后聚焦在Au靶表面对Au靶烧蚀20分钟，得到Au纳米颗粒胶体。

图3是采用本装置用以上工艺制备的Au纳米颗粒的透射电子显微镜图像。从图中可以看出，本实验装置制备的Au纳米颗粒直径为10-20nm，分散均匀，制备效果很好。

实施例3：

将Zn靶先用30％的稀硝酸浸泡1分钟去除表面氧化层，将Zn靶用细砂纸机械抛光，将抛光的Zn金属靶先后在无水乙醇和去离子水中用超声清洗机超声15分钟。把已清洗的Zn靶放置于装有10ml去离子水的烧杯底部，冲入氧气5分钟后立即盖上石英窗口，将烧杯放置于旋转平台上，旋转速度30转/分钟。用波长为248nm的KrF准分子激光(单脉冲能量200mJ，重复频率10Hz)经反射后聚焦在Zn靶表面在1大气压氧气气氛下对Zn靶烧蚀15分钟，得到ZnO纳米颗粒胶体。

图4是采用本装置用以上工艺制备的ZnO纳米颗粒的透射电子显微镜图像。从图中可以看出，本实验装置制备的ZnO纳米颗粒直径为25nm，制备效果很好。

实施例4：

将Zn靶先用30％的稀硝酸浸泡1分钟去除表面氧化层，将Zn靶用细砂纸机械抛光，将抛光的Zn金属靶先后在无水乙醇和去离子水中用超声清洗机超声15分钟。把已清洗的Zn靶放置于装有10ml的0.003mmol/L十二烷基硫酸钠(SDS)溶液的烧杯底部，将烧杯放置于旋转平台上，旋转速度60转/分钟。用波长为248nm的KrF准分子激光(单脉冲能量100mJ，重复频率10Hz)经反射后聚焦在Zn靶表面对Zn靶烧蚀5分钟，得到Zn/ZnO核壳结构纳米颗粒胶体。

图5是采用本装置用以上工艺制备的Zn/ZnO核壳结构纳米颗粒的透射电子显微镜图像。从图中可以看出，本实验装置制备的Zn/ZnO核壳结构纳米颗粒核直径为10-25nm，整体直径为30-60nm，分散均匀，制备效果很好。

Claims

1.一种采用脉冲激光液相烧蚀法制备纳米结构的装置，其特征在于：包括准分子激光器、反射镜、聚焦镜、石英窗口、烧杯、烧蚀靶材和旋转平台，所述反射镜位于聚焦镜上方，所述聚焦镜位于石英窗口上方，所述石英窗口位于烧杯顶部，所述烧蚀靶材固定在烧杯内底部，所述烧杯位于旋转平台上，石英窗口、烧杯与旋转平台转轴同轴，旋转平台的转速可调。

2.根据权利要求1所述采用脉冲激光液相烧蚀法制备纳米结构的装置，其特征在于采用的烧蚀靶材已经去除氧化层，且表面经过机械抛光。

3.根据权利要求1所述采用脉冲激光液相烧蚀法制备纳米结构的装置，其特征在于所说的准分子激光是KrF准分子激光，激光参数：波长248nm，单脉冲能量100mJ-1000mJ，重复频率1-50Hz。