[发明专利]基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形方法及其系统

说明书

本发明涉及一种基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形方法及其系统，属于飞秒激光应用技术领域。本方法首先通过种子液生长法合成金纳米棒溶液；然后将飞秒激光的单脉冲在时域上调制为包含两个子脉冲的飞秒激光脉冲序列，子脉冲的能量可调且时间间隔调节范围在0.01～100ps之间；然后将得到的飞秒激光脉冲序列引入到金纳米棒溶液，通过控制入射到金纳米棒溶液脉冲序列的时间和搅拌速度，从而实现金纳米棒形状和长径比的高效可控，制备出具有特定物理性能的金纳米棒。

技术领域

本发明涉及一种基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形方法及其系统，属于飞秒激光应用技术领域。

背景技术

金纳米棒由于其独特物理性质而在众多的各向异性金纳米颗粒中赢得了关注。目前，金纳米棒在纳米电子学、光学、生物医药等研究领域均具有良好的应用前景。

在上述的各项应用中，金纳米棒的形状和长径比决定了它的许多物理性质，如何高效的调控金纳米棒的形状和长径比是一项急需解决的难题。目前主要通过模板法、电化学方法、种子生长法、无种子生长法等方法调控金纳米棒的结构和物理性能。但是，金纳米棒的形貌受到各种物理、化学因素的影响，制备条件复杂，合成过程可控性低。

针对此问题，为了更精确地控制金纳米棒的形貌，对既有粒子做后期重塑形成为了一个解决办法。基于表面活性剂对粒子晶面的保护程度不同，利用化学腐蚀可以获得任意长径比的粒子，但是此方法一定程度上降低了金盐的利用率。同时，由于纳米尺度粒子表面的原子比体相中活跃，通过热处理可以改变金纳米棒的形貌，使其共振峰蓝移，但是该反应过程缓慢，控制精度较低。

发明内容

本发明的目的是基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形方法及其系统，通过种子液生长法合成金纳米棒溶液，通过把传统的飞秒激光调制为飞秒激光脉冲序列，改变脉冲序列的参数，调控金纳米棒表面的电场分布，从而实现金纳米棒形状和长径比的高效可控。

本发明提出的基于飞秒双脉冲激光的金纳米棒增强整形方法，包括以下步骤：

(1)合成金种子溶液：将摩尔浓度为0.01mol/L的四氯金酸(HAucl₄)溶液注入到摩尔浓度为0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液中，再将摩尔浓度为0.01mol/L的冰硼氢化钠(NaBH₄)溶液一次性加入，快速搅拌2～4分钟，得到金种子液，金种子液中四氯金酸、十六烷基三甲基溴化铵和硼氢化钠的摩尔浓度分别为(0.3～0.5)mmol/L、(0.07～0.09)mol/L和(0.7～0.9)mmol/L；

(2)通过种子液生长法合成金纳米棒溶液：将摩尔浓度为0.1mol/L的十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶液、摩尔浓度为0.01mol/L的四氯金酸(HAucl₄)溶液和摩尔浓度为0.01mol/L的硝酸银(AgNO₃)溶液混合并搅拌，再加入摩尔浓度为0.1mol/L的抗坏血酸(C₆H₈O₆)溶液，得到混合液，混合液中十六烷基三甲基溴化铵、四氯金酸、硝酸银和抗坏血酸的摩尔浓度各为0.07～0.09mol/L、0.4～0.6mmol/L、0.06～0.07mmol/L和0.6～0.9mmol/L，在混合液中加入步骤(1)的金种子液，静置3小时，得到金纳米棒溶液，金纳米棒溶液中金种子液和混合液的体积比为1:(143～250)；

(3)将飞秒激光的单脉冲在时域上调制为包含两个子脉冲的飞秒激光脉冲序列，两个子脉冲的激光通量为0.2～2.1mJ/cm²，两个子脉冲之间的时间间隔为0.01～100ps；

(4)将步骤(3)的飞秒激光子脉冲序列引入到步骤(2)的金纳米棒溶液，同时搅拌金纳米棒溶液，搅拌速度为300～800rpm度，激光脉冲序列辐照时间为5～45min，通过控制脉冲序列的辐照时间，实现金纳米棒增强整形，改变金纳米棒的形状和长径比。