[发明专利]一种在液相中采用激光焊接制备纳米复合材料的方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米复合材料制备技术领域，具体涉及一种在液相中通过激光焊接来制备纳米复合材料的方法。

背景技术

纳米复合材料因其具有独特的光学、电学、磁学等物理性质而被广泛关注。例如，纳米二氧化钛颗粒可以广泛的应用在能源、环境、生物等领域，可应用于光解水制氢气、催化降解有机污染物。然而，由于其较宽的带隙(大于3.0eV)和较高电子空穴复合率，限制其对可见光的利用，也限制了光催化剂的效率。将贵金属(如金、银、铂)或其他半导体纳米颗粒与这类材料复合制备成如二氧化钛/银，二氧化钛(Anatase)/二氧化钛(Rutile)，二氧化钛/二氧化硅等，可以增强对太阳光的吸收，降低电子空穴复合率，提高材料的性能。

现有纳米复合材料制备方法主要是在纳米颗粒制备过程中实现颗粒间的复合。例如，申请号为201310540334.3的中国专利申请《一种磷酸银/石墨烯/二氧化钛纳米复合材料及制备方法》公开了一种用水热法制备含有磷酸银纳米粒子、石墨烯薄片和二氧化钛纳米粒子的复合纳米颗粒的方法，具体过程为：先将磷酸银/氧化石墨烯复合在一起，之后将其加入到硫酸钛的水溶液中(0.005-0.02mol/ml)，通过水热法(120℃-160℃，5-10h)生成纳米二氧化钛颗粒，在纳米二氧化钛纳米晶粒生成过程中实现与磷酸银/氧化石墨烯的复合。又比如，公开号为US2010055440A1的美国专利《COMPOSITE NANOPARTICLES》公开了一种SiO₂/RuO₂纳米复合材料的制备方法，具体过程如下：先用溶胶凝胶法由四乙氧基硅烷(Tetraethyl orthosilicate)制备出SiO₂纳米颗粒，然后以RuCl₃为Ru源通过液相沉淀法在SiO₂表面沉积一层含Ru的化合物，最后通两次高温处理(第一次500℃/2h，第二次600℃/1h)制备出SiO₂/RuO₂纳米复合材料。

但是，以上方法存在着诸多不足：(1)有的方法在制备过程中需要用到强酸强碱、有毒的有机溶剂以及高温高压等极端条件；(2)有的方法需要较长的反应时间以及复杂的反应过程；(3)为了获得稳定的晶型及实现颗粒间良好的结合，往往需要后期的高温处理。以上缺陷大大降低了制备方法的效率和实用性。

因此，需要开发一种制备工艺简单、制备产物性能稳定、制备效率高的纳米复合材料的制备方法。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种在液相中采用激光焊接制备纳米颗粒的方法，基于材料对激光的吸收率的不同以及液相中选择性吸收的特点，在液相中采用激光焊接的方式制备复合纳米颗粒，本发明方法具有工作温度低、反应温和、效率高，对被焊接材料影响低的优点，有望在纳米组装、纳米复合以及量子点复合的领域广泛应用。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种在液相中采用激光焊接制备纳米颗粒的方法，其包括如下步骤：

纳米悬浊液制备步骤：将纳米颗粒状的原材料均匀分散在液体媒介中，形成纳米悬浊液，

激光焊接步骤：向所述纳米悬浊液中引入设定波长、设定功率的激光，并持续设定时间，以执行激光焊接，所述激光焊接过程中，持续搅拌所述纳米悬浊液，

分离步骤：分离出执行完激光焊接步骤的产物，干燥获得复合纳米材料。

进一步的，还包括包覆步骤，所述包覆步骤设置在所述纳米悬浊液制备步骤之前，所述包覆步骤为固相包覆或者液相包覆，

固相包覆：将纳米颗粒状的原材料与纳米碳颗粒执行机械球磨，以在所述纳米颗粒状的原材料表面包覆上碳层，

液相包覆：将纳米颗粒状的原材料均匀分散在液相媒介中形成悬浊液，向所述悬浊液中引入设定波长、设定功率的激光，并持续设定时间，以在纳米颗粒状的原材料表面包覆上碳层，所述液相媒介中包括碳源，在液相包覆过程中持续搅拌。

所述碳层包括的元素为碳、氢以及氧。

进一步的，还包括干燥步骤，所述干燥步骤设置在所述液相包覆和所述纳米悬浊液制备步骤之间，其为，

干燥步骤：待液相包覆步骤结束后，从液相媒介分离出表面具有碳层的纳米颗粒状的原材料，接着执行干燥，获得具有包覆层的纳米颗粒状的原材料。

进一步的，所述设定波长、设定功率的激光为非聚焦激光。