一种采用脉冲激光液相烧蚀法制备Ag/ZnO核壳纳米结构的方法

本发明公开了一种采用脉冲激光液相烧蚀法制备Ag/ZnO核壳纳米结构的方法，属于材料制备领域。本发明采用两步脉冲激光液相烧蚀法，将Ag靶与Zn靶用硝酸去除氧化层，超声洗净。首先采用波长248nm，单脉冲能量400mJ，重复频率10Hz的准分子激光烧蚀处于去离子水里的Ag靶材得到Ag胶。然后采用相同激光烧蚀处于Ag胶体里的Zn靶材得到Ag/ZnO核壳纳米结构。本方法制备设备简单，制备快速，安全无污染，制备出的Ag/ZnO核壳纳米结构表面等离子体共振吸收可以调节，且具有其他优异的光电性质，在光学，电学，催化等领域具有良好的应用前景。

技术领域
本发明属于材料制备领域。
背景技术
贵金属表面共振等离子体与半导体激子之间存在强烈的耦合效应，尤其以Ag/ZnO为代表的核壳结构在电学、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Ag/ZnO核壳纳米结构的文章，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Ag/ZnO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。
发明内容
本发明的目的在于提供一种制备简单，快速，制备过程中没有杂质引入的制备Ag/ZnO核壳纳米结构的方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：1)将Ag靶和Zn靶用硝酸去除氧化层后进行机械抛光并先后在无水乙醇和去离子水中超声清洗。2)把已清洗的Ag靶放置于装有去离子水的烧杯底部，将烧杯放置于旋转平台上，旋转速度10-60转/分钟。用波长为248nm，单脉冲能量400mJ，重复频率10Hz的KrF准分子激光经反射后聚焦在Ag靶表面对Ag靶烧蚀10-30分钟。3)取出Ag靶，把Zn靶放置于制备好的Ag胶体，将烧杯放置于旋转平台上，旋转速度10-60转/分钟。采用波长为248nm，单脉冲能量400mJ，重复频率10Hz的KrF准分子激光在氧气气氛下烧蚀5-20分钟，得到Ag/ZnO核壳结构的纳米颗粒胶体。2.以上所述采用激光液相烧蚀法制备Ag/ZnO核壳纳米结构的方法，其特征在于采用的金属靶去除了表面氧化层，且表面经过机械抛光。3.以上所述采用激光液相烧蚀法制备Ag/ZnO核壳纳米结构的方法，其特征在于所说的激光器是KrF准分子激光器，激光参数：波长248nm，单脉冲能量400mJ，重复频率10Hz，第一阶段烧蚀时间10-30分钟，第二阶段烧蚀时间5-20分钟。4.以上所述采用激光液相烧蚀法制备Ag/ZnO核壳纳米结构的方法，其特征在于所采用的旋转平台的转速为10-60转/分钟。5.以上所述采用激光液相烧蚀法制备Ag/ZnO核壳纳米结构的方法，其特征在于烧蚀Zn靶是在0.5-2个大气压的氧气气氛下进行的。本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1.脉冲激光液相烧蚀法制备Ag/ZnO核壳纳米结构其工艺操作简单易行，制备周期短，在制备过程中不引入杂质。2.制备出来的Ag/ZnO核壳纳米结构的表面等离共振可以通过控制烧蚀时间控制。3.制备出来的Ag/ZnO核壳纳米结构的紫外发光较纯ZnO有很大增强，带隙宽度有所增大。
附图说明
图1是本发明使用的烧蚀装置示意图。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Ag/ZnO核壳纳米结构的透射电子显微镜图像。图3是Ag/ZnO核壳纳米结构的XRD衍射图谱。图4是Ag/ZnO核壳纳米结构的表面等离子体共振光吸收随烧蚀时间的变化。图5是实施例1制备的Ag/ZnO核壳纳米结构与纯ZnO的光致发光谱对比。图6是实施例2制备的Ag/ZnO核壳纳米结构与纯ZnO的光致发光谱对比。图7是实施例3制备的Ag/ZnO核壳纳米结构与纯ZnO的光致发光谱对比。图8是实施例4制备的Ag/ZnO核壳纳米结构与纯ZnO的光致发光谱对比。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。实施例1：将Ag靶和Zn靶先用硝酸浸泡1分钟去除表面氧化层，将Ag与Zn靶用细砂纸机械抛光，将抛光的Ag与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。实验中采用的烧蚀装置如图1所示。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10Hz)经反射后聚焦在Ag靶表面对Ag靶烧蚀30分钟。取出Ag靶，把Zn靶放置于制备好的Ag胶体中，将烧杯放置于旋转平台上，旋转速度10转/分钟。采用相同的激光参数(波长248nm，单脉冲能量400mJ，重复频率10Hz)在1个大气压的氧气下进行烧蚀20分钟，得到Ag/ZnO核壳纳米结构的分散胶体。图2是采用高分辨透射电子显微镜照射的处于铜网上的Ag/ZnO核壳纳米结构的透射电子显微镜图像。从图中可以明显看出产物呈核壳结构，核尺寸为10nm，壳厚度约为5nm。且从高分辨图像上可以看出核为Ag壳为ZnO。图3是该方法制备的Ag/ZnO核壳纳米结构的XRD衍射图谱。从图中可以看出，所有峰位都归属于Ag和ZnO，没有其他峰出现，说明没有杂质引入。Ag以单质银金属的形式出现，说明在制备过程中Ag没有氧化。图4是该方法制备的Ag/ZnO核壳纳米结构与Ag纳米颗粒的紫外可见光吸收谱，从图中可以明显看出，Ag/ZnO核壳纳米结构的光吸收峰比Ag纳米颗粒有很大红移，说明Ag/ZnO核壳结构对Ag的表面等离共振产生了较大的影响。图5是该方法制备的Ag/ZnO核壳纳米结构与激光烧蚀法制备的ZnO纳米颗粒光致发光谱，从图中可以看出，Ag/ZnO核壳纳米结构的紫外发光比ZnO纳米颗粒有所增强，同时Ag/ZnO核壳纳米结构的紫外发光比ZnO纳米颗粒的紫外发光蓝移，说明Ag/ZnO核壳结构增强了ZnO的紫外发光效果，同时Ag/ZnO核壳结构影响了ZnO的禁带宽度。实施例2：将Ag靶和Zn靶先用硝酸浸泡1分钟去除表面氧化层，将Ag与Zn靶用细砂纸机械抛光，将抛光的Ag与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。实验中采用的烧蚀装置如图1所示。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15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10Hz)经反射后聚焦在Ag靶表面对Ag靶烧蚀20分钟。取出Ag靶，把Zn靶放置于制备好的Ag胶体中，将烧杯放置于旋转平台上，旋转速度15转/分钟。采用相同的激光参数(波长248nm，单脉冲能量400mJ，重复频率10Hz)在1个大气压的氧气下进行烧蚀5分钟，得到另一组Ag/ZnO核壳纳米结构。图6是该方法制备的Ag/ZnO核壳纳米结构与Ag纳米颗粒的紫外可见光吸收谱，从图中可以明显看出，Ag/ZnO核壳纳米结构的光吸收峰比Ag纳米颗粒有很大红移，说明Ag/ZnO核壳结构对Ag的表面等离共振产生了较大的影响。实施例3：将Ag靶和Zn靶先用硝酸浸泡1分钟去除表面氧化层，将Ag与Zn靶用细砂纸机械抛光，将抛光的Ag与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。实验中采用的烧蚀装置如图1所示。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30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10Hz)经反射后聚焦在Ag靶表面对Ag靶烧蚀20分钟。取出Ag靶，把Zn靶放置于制备好的Ag胶体中，将烧杯放置于旋转平台上，旋转速度30转/分钟。采用相同的激光参数(波长248nm，单脉冲能量400mJ，重复频率10Hz)在1个大气压的氧气下进行烧蚀10分钟，得到另一组Ag/ZnO核壳纳米结构。图7是该方法制备的Ag/ZnO核壳纳米结构与Ag纳米颗粒的紫外可见光吸收谱，从图中可以明显看出，Ag/ZnO核壳纳米结构的光吸收峰比Ag纳米颗粒有很大红移，说明Ag/ZnO核壳结构对Ag的表面等离共振产生了较大的影响。实施例4：将Ag靶和Zn靶先用30％的硝酸浸泡1分钟去除表面氧化层，将Ag与Zn靶用细砂纸机械抛光，将抛光的Ag与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。实验中采用的烧蚀装置如图1所示。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60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10Hz)经反射后聚焦在Ag靶表面对Ag靶烧蚀30分钟。取出Ag靶，把Zn靶放置于制备好的Ag胶体中，将烧杯放置于旋转平台上，旋转速度60转/分钟。采用相同的激光参数(波长248nm，单脉冲能量400mJ，重复频率10Hz)在1个大气压的氧气下进行烧蚀15分钟，得到另一组Ag/ZnO核壳纳米结构。图8是该方法制备的Ag/ZnO核壳纳米结构与Ag纳米颗粒的紫外可见光吸收谱，从图中可以明显看出，Ag/ZnO核壳纳米结构的光吸收峰比Ag纳米颗粒有很大红移，说明Ag/ZnO核壳结构对Ag的表面等离共振产生了较大的影响。