一種在石墨烯片上可控制備納米顆粒的普適方法

一種在石墨烯片上可控制備納米顆粒的普適方法
【專利摘要】本發明涉及一種在石墨烯片上可控制備納米顆粒的普適方法。本發明選取氧化石墨烯膠體水溶液以及高純Ag靶，將Ag靶懸置于氧化石墨烯膠體溶液中，并且用磁力攪拌器不停攪拌膠體水溶液，采用激光器輻照靶材，改變輻照時間長短和激光功率大小調控Ag納米顆粒的密度和尺寸。本發明克服了化學方法的納米顆粒在片上分布的不均勻導致限制了石墨烯或氧化石墨烯的應用以及物理方法制備石墨烯基復合材料時通常需要添加劑導致造成樣品污染、儀器昂貴，制備成本高，不能大量制備等缺陷。本發明提出一種液相激光燒蝕法，無論石墨烯片上有無官能團都可以制備出石墨烯基復合材料，工藝簡單，合成量大，綠色環保，可推廣應用于工業領域。
【專利說明】—種在石墨烯片上可控制備納米顆粒的普適方法

【技術領域】
[0001]本發明屬于石墨烯基復合納米材料的制備領域，特別涉及一液相激光燒蝕法，gp一種在石墨烯片上可控制備納米顆粒的普適方法。

【背景技術】
[0002]石墨烯基復合材料能發揮石墨烯與所復合納米材料的各自優勢以及二者的協同效應，例如石墨烯與貴金屬納米顆粒的復合SERS襯底能夠利用石墨烯的化學增強和貴金屬的物理增強二者的聯合及協同效應(石墨烯能夠阻止貴金屬的氧化及提高拉曼信號的穩定性等)，有望在痕量檢測領域得到廣泛應用。
[0003]在本發明作出之前，目前在石墨烯片上生長納米顆粒的常用工藝分為化學和物理兩種。化學方法必須在石墨烯片表面有官能團(例如羥基、羧基等)或缺陷的基礎上才能實現，且由于二者不均勻分布導致納米顆粒在片上分布的不均勻，因而大大限制了石墨烯或氧化石墨烯在諸如電池，超級電容器等領域的應用(官能團的存在導致石墨烯導電性下降，而導電性好的無官能團的石墨烯上又無法合成)。另外化學方法制備石墨烯基復合材料時通常需要添加劑，這樣不可避免地造成樣品污染。物理方法所用儀器昂貴，制備成本高，不能大量制備，因而也限制了其在工業領域的應用。因此，在沒有官能團的石墨烯片上或者有官能團的氧化石墨烯(G0)片上宏量、綠色的制備石墨烯基復合材料是一個急需解決的技術挑戰。


【發明內容】

[0004]本發明的目的就在于克服上述缺陷，研制一種在石墨烯片上可控制備納米顆粒的普適方法。
[0005]本發明的技術方案是:
[0006]一種在石墨烯片上可控制備納米顆粒的普適方法，其主要技術特征在于步驟如下:
[0007](1)選取氧化石墨烯膠體水溶液以及高純Ag靶；
[0008](2)將Ag靶懸置于氧化石墨烯膠體溶液中，并且用磁力攪拌器不停攪拌膠體水溶液；
[0009](3)采用激光器輻照靶材；
[0010](4)改變輻照時間長短和激光功率大小調控Ag納米顆粒的密度和尺寸。
[0011]所述步驟⑴中，膠體水溶液中氧化石墨烯和H20的質量比為0.2 %。
[0012]所述步驟(3)中，選取波長為1064nm、頻率10Hz、功率大于40mJ/pulse的Nd: YAG激光器。
[0013]所述步驟(3)中，經激光器輻照靶材后在G0片上較均勻生長Ag納米顆粒。
[0014]本發明的創新在于首次提出一種在石墨烯片上可控制備各種納米顆粒的方法-液相激光燒蝕法，無論石墨烯片上有無官能團都可以制備出石墨烯基復合材料，且工藝簡單，合成量大，綠色環保，可推廣應用于工業領域。
[0015]本發明的優越之處將在下面的【專利附圖】

【附圖說明】和【具體實施方式】中將進一步進行闡述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1——本發明實例涉及的一種在石墨烯片上可控制備各種納米顆粒的液相激光燒蝕工藝的裝置示意圖。
[0017]圖2——本發明實例典型氧化石墨烯片上激光輻照生長銀納米顆粒前后膠體的光學和高分辨透射電鏡照片。
[0018]圖3——本發明實例不同激光輻照時間在氧化石墨烯片上得到不同密度銀納米顆粒樣品的透射電鏡像。
[0019]圖4-本發明實例較大激光功率在氧化石墨烯片上得到的較大尺寸Ag納米顆粒樣品的透射電鏡像。
[0020]圖5——本發明實例氧化石墨烯片上激光輻照生長銀納米顆粒前后典型膠體的Raman譜圖。

【具體實施方式】
[0021]本發明的技術思路是:
[0022]本發明提出了液相激光燒蝕法，該工藝無須任何添加劑，只需將石墨烯分散于溶劑中，再將待復合材料的靶材(例如金屬，氧化物等)放入溶劑中，使用激光輻照即可得到石墨烯基復合材料的膠體溶液。其基本原理是激光輻照靶材后在靶表面形成高能等離子體區域，在液相環境下高能等離子體瞬間成核于石墨烯片并生長成納米顆粒，因此生長過程與石墨烯表面是否有官能團無關，且通過改變輻照時間長短和激光功率大小能調控納米顆粒的密度和尺寸，該工藝具有簡單、綠色、成本低，易于大量合成等優點，有效解決了目前常用合成技術的諸多缺陷。
[0023]下面具體說明本發明。
[0024]實施例:
[0025]選取氧化石墨烯(G0)和H20的質量比為0.2%的膠體水溶液以及高純度Ag祀，將G0膠體水溶液倒入燒杯中，然后將Ag靶懸置于G0膠體溶液中，并用磁力攪拌器不停攪拌膠體溶液；最后選取波長為1064nm、頻率為10Hz、功率大于40mJ/pulSe的Nd: YAG激光器輻照靶材，即可在G0片上較均勻生長Ag納米顆粒，顆粒的密度和尺寸可分別通過輻照時間長短和激光功率大小來控制。
[0026]采用荷蘭philips-FEI 公司的 Tecnai F30 場發射透射電鏡(HRTEM，Tecnai F30，FEI)對樣品的形貌和結構進行表征，如圖2-4所示。采用英國Renishwa公司的In Via激光共焦拉曼光譜儀分析樣品的光學性質，如圖5所示。
[0027]試驗結果表明:
[0028]如圖1所示:
[0029]本發明實例涉及的一種在石墨烯片上可控制備各種納米顆粒的液相激光燒蝕工藝的裝置示意圖。可以看到，本工藝過程簡單，成本低廉，綠色環保。
[0030]如圖2所示:
[0031]本發明實例典型氧化石墨烯片上激光輻照生長銀納米顆粒前后膠體的光學和高分辨透射電鏡照片。激光輻照功率是40mJ/pulse。圖2a和b是激光輻照之前氧化石墨烯片膠體的宏觀光學照片及其高分辨透射電鏡圖，圖2b中插圖是氧化石墨烯片邊緣的高分辨晶格條紋像；圖2c和d是激光輻照之后膠體宏觀照片和高分辨透射電鏡圖，圖2d中插圖是Ag納米顆粒的選取電子衍射。從該圖可知，激光輻照前氧化石墨烯膠體溶液宏觀上呈黑色或深黃色，片表面光滑平坦，厚度4層左右；激光輻照之后的膠體溶液宏觀上呈灰色，Ag納米顆粒較均勻的分布在氧化石墨烯片上，Ag顆粒為多晶體。
[0032]如圖3所示:
[0033]本發明實例不同激光輻照時間在氧化石墨烯片上得到不同密度銀納米顆粒樣品的透射電鏡像。激光輻照功率是40mJ/pulse。圖3a，b分別是激光輻照較短和較長時間在氧化石墨烯片上生長的Ag納米顆粒的透射電鏡像。可看出，Ag納米顆粒的密度隨輻照時間延長而增大，表明可通過控制輻照時間調控顆粒密度。
[0034]如圖4所示:
[0035]本發明實例較大激光功率在氧化石墨烯片上得到的較大尺寸Ag納米顆粒樣品的透射電鏡像。激光功率90mJ/pulse。可看出,Ag納米顆粒的尺寸明顯大于圖2和3中激光功率40mJ/pulse得到的顆粒尺寸,說明可通過改變激光功率大小來改變Ag納米顆粒的尺寸。
[0036]如圖5所示:
[0037]本發明實例氧化石墨烯片上激光輻照生長銀納米顆粒前后典型膠體的Raman譜圖。從圖可知，激光輻照之后，氧化石墨烯的D峰和G峰的位置沒有改變，說明激光輻照對氧化石墨烯片的結構沒有明顯破壞。
[0038]根據上述研究結果可知:我們發明的液相激光燒蝕法工藝可以成功的在氧化石墨烯片上生長Ag納米顆粒，并且顆粒的密度和尺寸均可通過輻照時間和激光功率進行調控。同時，該制備工藝簡單，成本低廉，綠色環保；若將Ag靶換成其它靶材，或將氧化石墨烯換成其他類石墨烯的膠體溶液，也可以制備其他基底的納米復合材料，因此該工藝具有普適性，可推廣并應用于各種領域。
【權利要求】
1.一種在石墨烯片上可控制備納米顆粒的普適方法，其特征在于步驟如下: (1)選取氧化石墨烯的膠體水溶液以及高純Ag靶； (2)將Ag靶懸置于氧化石墨烯膠體溶液中，并且用磁力攪拌器不停攪拌膠體水溶液； (3)采用激光器輻照靶材； (4)改變輻照時間長短和激光功率大小調控Ag納米顆粒的密度和尺寸。
2.根據權利要求1所述的一種在石墨烯片上可控制備納米顆粒的普適方法，其特征在于步驟(I)中，膠體水溶液中氧化石墨烯和H2O的質量比為0.2%。
3.根據權利要求1所述的一種在石墨烯片上可控制備納米顆粒的普適方法，其特征在于步驟(3)中，選取波長為1064nm、頻率10Hz、功率大于40mJ/pulSe的Nd:YAG激光器。
4.根據權利要求1所述的一種在石墨烯片上可控制備納米顆粒的普適方法，其特征在于步驟(3)中，經激光器輻照靶材后在GO片上較均勻生長Ag納米顆粒。
【文檔編號】B82Y40/00GK104404504SQ201410667467
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月18日 優先權日:2014年11月18日
【發明者】何輝, 王海波, 李凱, 董晶, 曾祥華 申請人:揚州大學