[发明专利]飞秒激光微流道液相烧蚀制备半导体纳米晶的方法

说明书

本发明涉及利用飞秒激光微流道液相烧蚀制备半导体纳米晶的方法。是一种将飞秒激光液相烧蚀技术与微流体技术相结合的制备功能化纳米晶材料的方法：将飞秒激光聚焦到微流道中流动中的掺杂或本征半导体微米颗粒分散液形成的微流体上，在微流道内部形成烧蚀反应区域，当负载有目标靶材料微米颗粒的分散液经过烧蚀区域时，在微流道内的微小区域内发生烧蚀反应，形成单分散纳米晶，该纳米晶分散液立即流入下部收集装置，收集装置中采用纯溶剂作为分散液体，可获得纳米晶单分散液产物；收集装置中采用表面活性剂溶液作为分散液，可获得具有包覆层的纳米晶分散液。本发明工艺简单、制备参数可控、无副产物，是一种环境友好的绿色合成工艺。

技术领域

本发明涉及一种纳米材料的制备方法，特别涉及一种利用飞秒激光微流道液相烧蚀制备半导体纳米晶的方法。

背景技术

半导体纳米晶，由于具有极强的量子限域效应，而具有与块体材料显著不同的能带结构与带隙大小，因而表现出新颖的力学、光学、电学和磁学性质，在光电子器件、生物医学标记和太阳能电池等领域具备广阔的应用前景。早在1996年，美国加州大学伯克利分校的Alivisatos, A. P.[Semiconductor clusters, nanocrystals, and quantum dots[J].Science, 271(5251),933.]研究组对半导体材料的尺度由宏观固体向纳米尺度转变过程中的电子能态结构的变化进行了研究，并探讨了由此所引起的物理、化学特性的改变。由于纳米晶材料具有极大的比表面积，纳米晶材料的团聚效应非常严重，目前多采用有机表面活性剂对纳米晶材料进行包覆,从而形成表面包覆层以阻止纳米晶间接接触、团聚；同时选用不同的表面活性剂，还可以实现纳米晶表面的功能化，如成为连接纳米晶与生物组织的靶向标识物。

自激光技术诞生以来，利用高峰值功率脉冲激光对有机材料、无机非金属材料和各种金属材料的烧蚀作用可以制备出多种具有全新外观、结构与功能的纳米晶材料。若将靶材料浸没于液体环境中，被称为“激光液相烧蚀法”。利用液体环境对烧蚀作用生成的等离子体羽辉的限制作用，能够极大的改变等离子体羽辉扩散的动力学过程，并且由于周围液体使得等离子体羽辉急速冷却，能够得到许多常规合成方法无法得到的新型纳米材料。这些纳米材料由于具有独特的结构和尺度特征，而展现出与众不同的电学、光学等性质，为制备新型光电子器件提供了理论与实验基础。

现有的激光液相烧蚀方法可以分为两大类：（1）将块体靶材料浸没在液体中，调整块体靶材料位置，使块体靶材料距离所浸没液体的液面一定距离，然后将激光光束聚焦于块体靶材料表面进行烧蚀，烧蚀过程中配合该块体靶材料移动以扩大烧蚀反应区域、提高烧蚀产物产量。（2）将利用其他方法事先合成的纳米前驱体与反应液体混合，或者将块体靶材进行机械研磨破碎后制备的微米颗粒与分散液混合制成胶体或悬浊液，在搅拌的过程中将激光光束从反应透过液体上表面或盛装反应物的透明容器侧壁聚焦于悬浊液内部，对微米、纳米材料进行烧蚀，参见：（Preparation of functional nanomaterials withfemtosecond laser ablation in solution[J]. Journal of Photochemistry andPhotobiology C: Photochemistry Reviews, Volume 17, December 2013, Pages 50-68）。但是现有的这两类激光液相烧蚀方法普遍存在着烧蚀反应产生的纳米颗粒易产生团聚的问题，而为了减轻产物的团聚效应，多采用向分散液提前加入表面活性剂的办法，但由于激光的烧蚀作用，有机表面活性剂发生分解而产生无定型碳包覆物而在纳米晶表面形成碳包覆层，因而对所得纳米晶的光学性质和表面物理、化学性质产生较大的影响。目前采用的激光液相烧蚀方法还无法同时既能解决连续制备过程中纳米晶的团聚问题又能解决表面包覆物问题。

发明内容