《一种等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜及制备方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜及制备方法.pdf（14页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、10申请公布号CN104060243A43申请公布日20140924CN104060243A21申请号201410303299822申请日20140630C23C18/3120060171申请人上海交通大学地址200240上海市闵行区东川路800号72发明人张旺田军龙潘峰张元张荻74专利代理机构上海汉声知识产权代理有限公司31236代理人胡晶54发明名称一种等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜及制备方法57摘要本发明公开了一种具有减反射微观结构的等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜及其制备方法，该方法包括蝶翅的选择和前处理、活化处理，在蝶翅上化学沉积等离子体共振与磁性一体化的纳米颗粒，真空碳化。
2、蝶翅等步骤。本发明制备纳米颗粒薄膜的方法通过利用蝴蝶翅膀来制作等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜，制作过程简单、安全、稳定、成本低、耗能低，所制备的纳米颗粒薄膜实现了宏观大尺度化，且具有蝶翅的减反射微观结构。这种薄膜在几乎整个太阳光谱波段都具有高吸收减反射性能，并且具有优异的红外光热转换性能，及热致磁变效应，从而实现了红外光致磁变。可将其应用其红外光致磁变效应，制备红外光致磁变薄膜以用于红外光信息记录。51INTCL权利要求书2页说明书6页附图5页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书2页说明书6页附图5页10申请公布号CN104060243ACN104060243A1/。
3、2页21一种等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤（1）选择一具有减反射微观结构的蝶翅；（2）在所述蝶翅上化学沉积等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒；（3）将化学沉积了所述金属纳米颗粒后的蝶翅进行碳化处理，碳化后的蝶翅与附着于其上的所述金属纳米颗粒组成金属纳米颗粒薄膜。2根据权利要求1所述的等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜的制备方法，其特征在于，在所述步骤（1）和步骤（2）之间还包括对蝶翅进行如下步骤的前处理及活化处理A）将所述蝶翅置于无水乙醇中浸泡1530MIN；B）清洗；C）将所述蝶翅浸渍于体积分数为515的HNO3溶液中13H；D）清洗；E）将所述蝶翅。
4、浸入乙二胺和无水乙醇的溶液中，其中乙二胺的质量分数为1040，浸泡310H；F）清洗。3根据权利要求1所述的等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）具体包括将所述蝶翅浸渍于一烧杯中，所述烧杯中装有等离子体、磁性一体化金属还原溶液；将所述烧杯置于干燥箱中或恒温水浴中，通过干燥箱或恒温水浴进行升温和保温。4根据权利要求3所述的等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜的制备方法，其特征在于，所述蝶翅置于磁性金属还原溶液中的时间为0124H，所述磁性金属还原溶液的温度为2590。5根据权利要求3所述的等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（2。
5、）还包括，浸渍完成后将所述磁性金属还原溶液冷却至室温后，取出所述蝶翅并清洗。6根据权利要求1所述的等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（2）完成后，对化学沉积了磁性金属纳米颗粒的蝶翅进行干燥处理。7根据权利要求6所述的等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜的制备方法，其特征在于，将所述蝶翅放入真空干燥箱中，室温下抽真空干燥。8根据权利要求1所述的等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜的制备方法，其特征在于，所述步骤（3）包括，将所述蝶翅置于管式炉中，抽真空碳化，碳化温度为400900，升温速率为15/MIN，保温时间13H。9根据权利要求1所述的等离子体、磁性一体化。
6、金属纳米颗粒薄膜的制备方法，其特征在于，所述磁性金属还原溶液包括等离子体、磁性一体化的金属盐以及还原性溶液，所述等离子体、磁性一体化金属还原溶液中的金属阳离子为磁性金属阳离子。10根据权利要求9所述的等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜的制备方法，其特征在于，所述还原性溶液包括柠檬酸钠、乳酸、二甲胺硼烷、丁二酸钠溶液，硼氢化钠溶液或硼氢化钾溶液中的一种或几种。11一种采用权利要求110中任一所述方法制备的等离子体、磁性一体化金属纳米权利要求书CN104060243A2/2页3颗粒薄膜，其特征在于，所述薄膜具有减反射微观结构，所述薄膜上的金属纳米颗粒的粒径为15200NM。12根据权利要求11所。
7、述的等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜，其特征在于，所述金属纳米颗粒薄膜为一红外光致磁变等离子体、磁性一体化薄膜，该薄膜为红外光吸收及光热转换器一体化的红外光致磁变薄膜。权利要求书CN104060243A1/6页4一种等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜及制备方法技术领域0001本发明涉及金属纳米颗粒薄膜领域，具体涉及一种具有减反射微观结构的等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜及制备方法。背景技术0002现在比较成熟的纳米颗粒薄膜系统制备方法有化学气相沉积（CVD）、离子溅射、高能球磨、电镀沉积和等离子电弧等方法。但上述方法都存在着一些缺陷，如高能耗、低产出、制备得到的产品形貌差、颗粒粒度不。
8、均一、多成分耦合纳米颗粒制备难、亚微米结构耦合困难等，这些缺点都在一定程度上限制了这些制备方法的推广和应用。因此寻找简易有效的生产方法是当前该领域的研究重点和热点。0003功能材料的突破往往是科学家们从自然界得到启发开始的，生物经过漫长的进化，为了适应环境以求生存，大多具有结构复杂而功能强大的机体，例如，壁虎利用足毛而能牢牢附在竖立的墙上，蝴蝶由于其翅膀具有精细的微观结构而呈现彩虹色或黑色，并拥有自清洁功能。这些机体的微观结构对它们的性能起着决定性的作用，利用这些生物作为模板，制备具有分级精细结构的功能材料将大大提高材料的性能，并简化生产方法。目前，使用生物体作为模板，制备功能材料的方法使用已。
9、经比较广泛，但利用碟翅作为模板宏观大尺度制备等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜，并结合蝶翅的减反射微观结构的方案还未见报道。发明内容0004本发明的一个目的在于提供一种等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜的制备方法，以实现制备一种具有减反射微观结构的纳米颗粒薄膜，并且该薄膜的纳米颗粒为等离子体、磁性一体化的金属纳米颗粒。0005本发明的另一个目的在于提供一种等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜，以实现金属纳米颗粒薄膜具有宽波段光吸收性能、高效的光热转换性能以及良好的红外光致磁变效应。0006为实现上述目的，本发明提出的技术方案如下一种等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜的制备方法，包括以下步。
10、骤（1）选择一具有减反射微观结构的蝶翅；（2）在所述蝶翅上化学沉积等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒；（3）将化学沉积了所述金属纳米颗粒后的蝶翅进行碳化处理，碳化后的蝶翅与附着于其上的所述金属纳米颗粒组成金属纳米颗粒薄膜。0007较佳地，在所述步骤（1）和步骤（2）之间还包括对蝶翅进行如下步骤的前处理及活化处理A）将所述蝶翅置于无水乙醇中浸泡1530MIN；B）清洗；说明书CN104060243A2/6页5C）将所述蝶翅浸渍于体积分数为515的HNO3溶液中13H；D）清洗；E）将所述蝶翅浸入乙二胺和无水乙醇的溶液中，其中乙二胺的质量分数为1040，浸泡310H；F）清洗。0008较佳地，所述步。
11、骤（2）具体包括将所述蝶翅浸渍于一烧杯中，所述烧杯中装有等离子体、磁性一体化金属还原溶液；将所述烧杯置于干燥箱中或恒温水浴中，通过干燥箱或恒温水浴进行升温和保温。0009较佳地，所述蝶翅置于磁性金属还原溶液中的时间为0124H，所述磁性金属还原溶液的温度为2590。0010较佳地，所述步骤（2）还包括，浸渍完成后将所述磁性金属还原溶液冷却至室温后，取出所述蝶翅并清洗。0011较佳地，所述步骤（2）完成后，对化学沉积了磁性金属纳米颗粒的蝶翅进行干燥处理。0012较佳地，将所述蝶翅放入真空干燥箱中，室温下抽真空干燥。0013较佳地，所述步骤（3）包括，将所述蝶翅置于管式炉中，抽真空碳化，碳化温度为。
12、400900，升温速率为15/MIN，保温时间13H。0014较佳地，所述磁性金属还原溶液包括等离子体、磁性一体化金属盐以及还原性溶液，所述等离子体、磁性一体化金属溶液中的金属阳离子为磁性金属阳离子。0015较佳地，所述还原性溶液还包括柠檬酸钠，乳酸以及二甲胺硼烷、丁二酸钠溶液，硼氢化钠溶液或硼氢化钾溶液中的一种或几种。0016一种采用上述方法制备的等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜，所述薄膜具有减反射微观结构，所述薄膜上的金属纳米颗粒的粒径为15200NM。0017较佳地，所述金属纳米颗粒薄膜为一种红外光致磁变等离子体、磁性一体化薄膜，该薄膜为红外光吸收及光热转换器一体化的红外光致磁变薄膜。
13、。0018以上提到的清洗的方法可选用任何业内常用方法，在本发明的具体实施例中，均采用去离子水清洗。0019本发明方法通过利用生物机体即具有精细的微观结构的蝶翅作为模板，并将蝶翅置于磁性金属纳米颗粒还原溶液中，使得金属纳米颗粒沉积在蝶翅上，后将蝶翅碳化处理，从而制备处一种等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜。这种方法相比以往的纳米颗粒薄膜制备方法，具有成本低，能耗低，制备过程简单、安全、稳定、耗时短，制备的薄膜结构精细、颗粒粒度均匀，多成分耦合较容易的优点。0020本发明方法所制备的一种等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜，是一种耦合了等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒与碳基蝶翅模板的薄膜。该薄膜。
14、结合了等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒的宽波段红外光强吸收性能与具有亚微米微观结构的黑色蝶翅对可见光的高吸收性能的优势，并具有减反射微观结构。该金属纳米颗粒薄膜具有宽波段、太阳光高效吸收以及优异的红外光热转换性能，此外其热磁效应显著。从而使本发明制备的等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒系统具有优异的红外光致磁变效应。0021与现有技术相比，本发明方法制备的金属纳米颗粒薄膜有益效果如下说明书CN104060243A3/6页6第一，本发明制备的等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜实现了宏观大尺度化，且具有蝶翅（蝴蝶翅膀）减反射微观结构，该薄膜在几乎整个太阳光谱波段都具有高吸收减反射性能，特别在红颜色。
15、光波段、近红外及中红外波段具有更强的吸收和减反射性能，并且还具有优异的光热转换性能。0022第二，由于本发明的等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜优异的宽波段光吸收及高效的光热转换性能，制备的薄膜具有良好的红外光致磁变效应，即在2540温度范围内就能实现明显的磁性能变化，并且其矫顽力伴随着红外线的照射磁场强度逐渐减小。0023第三，利用本发明的金属纳米颗粒薄膜的良好的红外光吸收性能可以制备高性能的红外光应用材料；利用其良好的光吸收及光热转换性能可以制备高性能的光热转换材料；还可以利用该纳米颗粒薄膜良好的红外光致磁变效应将其应用于红外光信息记录。附图说明0024图1A是裳凤蝶前翅的SEM图；图1。
16、B是等离子体、磁性一体化NI蝶翅的SEM图；图1C是本发明实施例1所得产物的SEM图；图1D是本发明实施例1所得产物的XRD图；图2是本发明实施例1所得产物CNMF及对比样品在3002500NM光波段的吸收光谱图；图3A是本发明实施例1所得产物及对比样品在的红外光热转换图；图3B是本发明实施例1所得产物伴随温度变化其磁场强度变化图；图3C是本发明实施例1所得产物在25及40温度下的磁滞回线图；图4是本发明实施例2所得产物的XRD图。具体实施方式0025下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应该理解，这些实施例仅用于说明本发明，而不用于限定本发明的保护范围。本领域技术人员在本发明的指导下，能够根。
17、据本领域常识将其应用到制备其它的等离子体、磁性一体化磁性纳米颗粒薄膜，因此下述实施例不能限制本发明的保护范围。0026实施例1本实施例以等离子体、磁性一体化NI纳米颗粒薄膜的制备为例对本发明的技术方案进行详细说明。0027本实施例的等离子体、磁性一体化NI纳米颗粒薄膜的制备方法，包括以下步骤（1）选择裳凤蝶的前翅作为具有减反射微观结构的蝶翅；对选定的裳凤蝶的前翅进行如下的前处理及活化处理首先将蝶翅置于无水乙醇中浸泡30MIN；取出去离子水清洗；然后将蝶翅浸渍在体积分数为15的HNO3溶液中2H；取出去离子水洗净；再将蝶翅放入质量分数为40的乙二胺无水乙醇溶液中浸泡6H；之后取出，使用去离子水清。
18、洗数次。上述步骤用以去除蝶翅的色素和杂质，并改善其表面吸附性能。其中，采用去离子水清洗可去除水中呈离子形式的杂质对实验制备的影响。0028（2）化学沉积NI纳米颗粒将活化处理后的蝶翅和等离子体、磁性一体化金属还说明书CN104060243A4/6页7原溶液置于烧杯中，该金属还原溶液为包括镍金属盐和还原溶液的化学镀镍溶液，在50恒温下将蝶翅浸渍6H，具体为将蝶翅浸渍于一烧杯中，烧杯中装有化学镀镍溶液，将所述烧杯置于恒温水浴中，通过恒温水浴进行升温和保温。之后取出冷却至室温，并用去离子水清洗数遍。其中化学镀镍溶液成分为硫酸镍（4G），柠檬酸钠（2G），乳酸（1G）,二甲胺硼烷（02G）,氢氧化铵（。
19、3ML），去离子水（100ML）。0029随后，对化学沉积了镍金属纳米颗粒的蝶翅放入真空干燥箱中，室温下抽真空干燥。0030（3）当化学镀镍后NI蝶翅置于管式炉中450真空碳化，升温速率为3/MIN，450温度下保温15H，即可得到本实施例的等离子体、磁性一体化NI纳米颗粒碳基薄膜。0031上述所得具有减反射微观结构的等离子体、磁性一体化NI纳米颗粒薄膜的形貌如图1C所示，图中可见，该等离子体、磁性一体化NI纳米颗粒碳基薄膜完美的复制了裳凤蝶前翅的减反射微观结构；同时，由图1C可见，NI纳米颗粒覆盖了蝶翅鳞片的减反射微观结构的表面；由图1DXRD分析可知，NI纳米颗粒薄膜由立方相NI纳米颗粒及。
20、不定型碳基底组成，薄膜上的金属纳米颗粒的粒径为15200NM。0032图2、图3中，将本实施例所得样品与对比样品的性能进行了对比，其中，图中各标号的含义为CNMF为具有减反射微观结构的等离子体、磁性一体化NI纳米颗粒碳基薄膜，化学沉积NI的时间为6H；CNMF_1H为具有减反射微观结构的等离子体、磁性一体化NI纳米颗粒碳基薄膜，化学沉积NI的时间为1H；CNMF_10H为具有减反射微观结构的等离子体、磁性一体化NI纳米颗粒碳基薄膜，化学沉积NI的时间为10H；ELECTROPLATE_NI为电镀法制备的NI薄膜；AG_SHEET为厚度为05MM的银片；T_FW为具有减反射微观结构的裳凤蝶前翅。。
21、0033由图2可见，在红外区域CNMF具有较高的宽波段红外加强吸收性能，与其它四种样品相比其红外光吸收强度最高。0034如图3A所示，本实施例所得产物CNMF与其他材料在980NM激光照射时，其升温速度远高于其他两种材料；如图3B所示，本发明实施例1所得产物CNMF随温度升高其磁场强度明显降低，显示其具有良好的致磁变效应；如图3C所示，本发明实施例1所得产物CNMF分别在25及40温度下的磁滞回线表明了随着温度升高CNMF的矫顽力明显下降，证明其致磁变效应效果非常明显。证明该薄膜是一种红外光吸收及光热转换器一体化的红外光致磁变薄膜。0035本实施例所得产物CNMF的宽波段红外光强吸收性能表明该。
22、薄膜纳米颗粒排列较为紧密，使其具有等离子体共振效应。0036当然，本发明不以此为限，化学镀镍溶液还可以为硝酸镍、氯化镍的可溶性镍离子溶液，或选自硫酸镍、硝酸镍、氯化镍中的一种或几种的可溶性镍离子溶液。化学镀镍溶液还包括柠檬酸钠、乳酸、二甲胺硼烷、氢氧化铵等还原性溶液，或硼氢化钠还原性溶液，硼氢化钾还原性溶液等还原性溶液中的一种或几种。0037实施例2说明书CN104060243A5/6页8本实施例以等离子体、磁性一体化CO纳米颗粒薄膜的制备为例对本发明的技术方案进行详细说明。0038本实施例的等离子体、磁性一体化CO纳米颗粒薄膜的制备方法，包括以下步骤（1）选择裳凤蝶前翅作为具有减反射微观结构。
23、的蝶翅；对选定的裳凤蝶前翅进行如下的前处理及活化处理首先将蝶翅置于无水乙醇中浸泡15MIN；去离子水清洗；然后将蝶翅浸渍在体积分数为5的HNO3溶液中2H；取出洗净；再将蝶翅放入乙二胺质量分数为10的乙二胺无水乙醇溶液中浸泡6H；之后取出，使用去离子水清洗数次。上述步骤用以去除蝶翅的色素和杂质，并改善其表面吸附性能。0039（2）化学沉积CO纳米颗粒将活化处理后的蝶翅于30恒温下浸入烧杯内的等离子体、磁性一体化金属还原溶液中1H，该金属还原溶液为包括钴金属盐和还原溶液的化学镀钴溶液。具体为将蝶翅浸渍于一装有化学镀钴溶液的烧杯中，并将烧杯置于干燥箱中，通过干燥箱进行升温和保温。之后将金属还原溶液。
24、冷却至室温，取出蝶翅并用去离子水清洗数遍。其中化学镀CO还原性溶液成分为硫酸钴（25G）,丁二酸钠（25G），二甲胺硼烷（04G），去离子水（100ML）。0040随后，对化学沉积了钴金属纳米颗粒的蝶翅放入真空干燥箱中，室温下抽真空干燥。0041（3）当化学镀钴后CO蝶翅置于管式炉中450抽真空碳化，升温速率为3/MIN，450温度下保温15H，得到本实施例的等离子体、磁性一体化CO纳米颗粒碳基薄膜。0042由图4XRD分析可知，CO纳米颗粒薄膜由立方相CO纳米颗粒及不定型碳基底组成，薄膜上的金属纳米颗粒的粒径为15200NM。0043当然，本发明不以此为限，化学镀钴溶液还可以为硝酸钴、氯化钴。
25、的可溶性钴离子溶液，或选自硫酸钴、硝酸钴、氯化钴中的一种或几种的可溶性钴离子溶液。化学镀钴溶液还包括柠檬酸钠、乳酸、二甲胺硼烷、氢氧化铵、丁二酸钠等还原性溶液，或硼氢化钠还原性溶液，硼氢化钾还原性溶液等还原性溶液中的一种或几种。0044此外，由于本发明及本实施例的具有减反射微观结构的等离子体、磁性一体化NI纳米颗粒碳基薄膜具有优异的红外光致磁变效应，可以将其作为宽波段红外光致磁变薄膜应用于红外光信息记录。0045本发明的具有减反射微观结构的等离子体、磁性一体化金属纳米颗粒薄膜制备方法无需使用特殊设备，制作方法安全、简单、能耗低，从而使所得产品造价低廉。0046本发明的等离子体、磁性一体化金属纳。
26、米颗粒薄膜制备方法中，所选蝶翅还可以为其他具有减反射微观结构的蝶翅，如碧凤蝶蝶翅等。本发明所用的磁性金属还原溶液包括等离子体、磁性一体化金属盐、还原性溶液，及PH值调节溶液。等离子体、磁性一体化金属溶液中的阳离子还可以为上述实施例以外的其他磁性金属阳离子，相应地可以用于沉积制备其他种类磁性金属的纳米颗粒薄膜。用于清洗的溶液的HNO3的体积分数、乙二胺的体积分数以及磁性金属还原溶液中各种成分的含量，也不以上述实施例为限，实际操作中，根据所要制备的薄膜的金属纳米颗粒的不同而进行不同的具体设置。同理，制作过程中蝶翅浸入乙二胺和无水乙醇的溶液中的时间，化学沉积的时间，碳化的时间、温度及升温速率也不以上。
27、述实施例为限，实际操作中，需根据所要制备的薄膜的金属纳米颗粒材料的不同而进行不同的具体设置。说明书CN104060243A6/6页90047在本发明的教导下，本领域技术人员可以预见，本发明所列举的各原料和方法都能实现本发明，以及各原料和工艺的上下限取值、区间值都能实现本发明，在此不一一列举实施例。说明书CN104060243A1/5页10图1（A）图1（B）说明书附图CN104060243A102/5页11图1（C）图1（D）说明书附图CN104060243A113/5页12图2图3（A）说明书附图CN104060243A124/5页13图3（B）图3（C）说明书附图CN104060243A135/5页14图4说明书附图CN104060243A14。