[發明專利]一種基于In合金的貴金屬納米顆粒及其制備方法

有效

• 申請號: 201711286235.1
• 申請日: 2017-12-07
• 公開（公告）號: CN108004506B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發明（設計）人: 毛遂;唐建國;黃林軍;王薇;王彥欣
• 申請（專利權）人: 青島大學
• 主分類號: C23C14/14
• 分類號: C23C14/14;C23C14/58
• 代理公司: 上海旭誠知識產權代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發明公開了一種基于In合金的貴金屬納米顆粒及其制備方法，該制備方法的特征是在貴金屬納米顆粒的制備中使用了In合金共熔固態結晶的生長方式和熱升華解元In組分的兩步加工工藝，本發明旨在利用In的低熔點和低表面擴散活化能，降低貴金屬納米顆粒的制備溫度，拓寬基于物理氣相淀積的貴金屬納米顆粒的應用范圍。該方法的優點在于，能夠將貴金屬納米顆粒的制備溫度降低50～300℃，并通過控制In在合金中的比例，調節貴金屬納米顆粒的大小和密度，簡單高效，能夠集成于半導體器件的加工工藝之中。

技術領域

本發明涉及納米材料制備領域，尤其涉及一種基于In合金的貴金屬納米顆粒及其制備方法。

背景技術

近二十年，由于金屬納米顆粒調控局域表面等離激元的有效性，金屬納米顆粒的研究受到了越來越多的關注，并被逐漸應用在光導，光催化，光伏器件，光熱和表面增強拉曼檢測等各個領域，作為一種對表面光的調控手段。表面等離激元的本質是由于入射電磁波對于金屬中自由電子電子云的影響，使其在金屬內部產生類似簡協共振的運動，從而實現能量的轉化與控制。其主要的表現是，在特定波長入射光的照射之下，金屬納米顆粒周圍會產生高強度的電磁場，并表現出對入射光的高消光性(高散射與高吸收)，并能通過激發電子的非輻射性衰退將光能轉化為電子的動能，形成熱電子流。而由于表面等離激元對于激發光的選擇決定于金屬納米顆粒的尺寸，形狀，密度等多重屬性，所以對納米金屬顆粒的可控生長對表面等離激元的調控有著重要的意義。

通過物理氣相淀積的方法，能夠在表面大尺度范圍內制備均勻分布的金屬納米顆粒陣列。到目前為止，基于表面氣相淀積和固態結晶生長的已被用于Au、Ag、Pt和Pd等金屬的納米顆粒制備，并被報道在很多應用之中，例如，在表面增強拉曼檢測中作為基底廣泛應用的Au和Ag納米顆粒陣列，以及在高效發光二極管和光伏器件中應用的Ag和Pt納米顆粒陣列。在這項技術中，表面擴散在納米顆粒的形成過程中起著關鍵性作用，但是由于貴金屬的熔點普遍偏高(除銀的熔點為961.78℃之外，Au、Pt、Pd的熔點均高于1000℃)，原子表面激活能大，表面擴散系數較低，從而導致其固態結晶生長過程中需要較高的溫度，大大限制了這種制備方法的適用范圍。

通過在貴金屬中添加低熔點金屬，其合金產物的共熔點可以大大降低。利用這一性質，可以實現對高熔點金屬納米顆粒的低溫制備。金屬In的熔點為156.61℃，貴金屬中摻入In之后能大大降低其表面擴散的活化能，從而降低納米金屬的制備溫度。并且由于其飽和蒸汽壓較高的特點，在相同溫度下，In的升華速度遠高于貴金屬元素，從而能在固體結晶生長的過程中使合金解元，形成貴金屬單質納米顆粒。經檢索關，利用In合金制備納米顆粒的方法未見報道。

發明內容

有鑒于現有技術針對物理氣相淀積-固體結晶生長方法中，貴金屬顆粒所需溫度過高的問題，本發明提出了一種通過利用In合金的納米顆粒制備方法，能有效降低納米顆粒加工所需的溫度，拓寬物理氣相淀積-固體結晶生長在實際應用中的應用范圍，并且可通過對于In和貴金屬的膜厚度比例調節，對貴金屬納米顆粒的密度進行有效控制。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于In合金的貴金屬納米顆粒及其制備方法，該方法最核心的特征在于制備方法是基于薄膜固態結晶生長和高溫升華解元來實現目標物的制備。具體技術方案如下：

一種基于In合金的貴金屬納米顆粒的制備方法，包括如下步驟：

步驟一，襯底表面預處理：確定襯底材料并進行表面清潔處理，清潔是按照表面清潔的標準工藝進行，然后在真空條件下進行高溫除氣處理，所述高溫除氣處理的溫度為100～900℃，所述襯底材料為半導體或氧化物，所述襯底材料的表面粗糙度不高于±6nm。