[发明专利]单晶金属纳米盘及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过无任何催化剂的气相传输方法将金属材料作为前体使用的金属纳米盘的制备方法以及通过该方法制备的金属纳米盘。

背景技术

贵金属具有化学稳定性、生物相容性、电和热传导性、表面等离子特性，并且广泛地使用于催化剂、化学/生物传感器、光电器件、纳米器件、表面增强拉曼散射(SERS)等等。

贵金属的光学特性在很大程度上受其形态影响，并且当其被制备为单晶纳米盘时，可以用作电浆子、生物传感器、分子电子器件等等。

通常，金属纳米结构可以使用自组性单层膜(SAM)吸收其表面上的分子，并且可以使用这种现象获得均匀地吸收在贵金属纳米结构表面上的分子层。

通过使用贵金属纳米盘和SAM观察分子的SERS现象，以及通过将形成SAM的分子用作连接器，可以进行对开发生物分子分析技术以及光学器件的研究，特别地，在SERS检测中使用均匀制作的贵金属纳米盘结构可以用作非常灵敏的分析技术。

现有的采用电浆子的光学器件开发研究大部分通过使用金属纳米粒子来进行。然而，当使用金属纳米粒子时，由于不能精确地控制金属纳米粒子的结构，很难获得具有期望的稳定性的电浆子结构以及光学器件。

然而，没有内部晶体缺陷并且由高纯度和高品质的单晶制成的贵金属纳米盘是一种没有缺陷并且被很好地限定在原子级的单晶金属纳米盘。因此，可以通过结合合成单晶贵金属纳米盘与电浆子来克服这个缺点。

通过控制完全的单晶金属纳米盘来制备电浆子结构以及通过施加外部电场来控制分子排列和拉曼信号，并期望其成为将造成开发混合光学器件的研究的主要增长的大的转折点。

在20世纪90年代以后，已经对金属纳米结构进行了无数的研究并得到了认真的开发，并且大多数研究和开发的纳米结构与纳米粒子或纳米盘的形式有关。对纳米盘等二维纳米结构的制备和应用的研究是微不足道的，特别地，还没有关于使用气相传输工艺、具有几个微米的尺寸并且由高纯度和高品质的单晶体制成的金属(包括贵金属)纳米盘的制备报告。

公开号2006-0009735的韩国专利申请公开了一种使用液相工艺制备金纳米盘的方法，但是该方法具有这样的局限性：由于很难控制贵金属纳米盘的形态和尺寸，制备的贵金属纳米盘纯度低并且在纳米盘中合成了具有缺陷的多晶纳米盘。

因此，申请人将提供一种通过使用金属、金属卤化物或其混合物作为前体的气相传输工艺，在单晶基片上制备不存在包括双晶(twin)在内的二维缺陷的高纯度单晶金属纳米盘的方法，一种具有单晶基片的外延生长金属纳米盘的制备方法，以及一种易于大量生产的方法，其中，金属纳米盘的侧边具有几个微米的长度，大量的纳米盘相互平行排列并且相对于基片的方向和形态是可控的。

发明内容

【技术问题】

本发明的目的是提供一种不使用任何催化剂制备不存在包括双晶在内的二维缺陷的高纯度单晶金属纳米盘的方法，提供一种单晶金属纳米盘的制备方法，其中，纳米盘的侧边具有几个微米的长度并且纳米盘的形态均匀，提供一种金属纳米盘的制备方法，其中，纳米盘不是不规则地制作，而是盘的平面相互平行并且相对于单晶基片具有预定的方向，以及提供一种制备单晶金属纳米盘的方法，其中，纳米盘的方向和形态是可控的。

【技术方案】

为了实现本发明的目的，本发明提供了一种制备单晶金属纳米盘的方法，其中，在惰性气体流动条件下，通过在包括金属、金属卤化物或其混合物并且放置于反应器的前部的前体以及放置于反应器的后部的单晶基片上进行热处理而在所述单晶基片上制备单晶金属纳米盘。此时，用作金属材料的前体包括小块(slug)状或粉末状。

在单晶基片上制备的单晶金属纳米盘具有多边盘形状，并且多边盘是六边形、五边形、矩形、三角形、平行四边形或者梯形形状。

通过控制制备有单晶金属纳米盘于其上的单晶基片的材料以及表面方向来控制单晶金属纳米盘的形态、单晶金属纳米盘相对于单晶基片表面的方向或其组合。

此时，方向意指在垂直于单晶基片表面的单位向量(Ⅰ)与垂直于单晶纳米盘的盘面的单位向量(Ⅱ)之间形成的预定角度，并且该预定角度是具有0和90°之间的值的一个或多个角度。

单晶基片可以是a({11-20})表面的蓝宝石、r({1-102})表面的蓝宝石、m({1-100})表面的蓝宝石、c({0001})表面的蓝宝石、{001}表面的铝酸镧(LAO)、{100}表面的钛酸锶(STO)或{110}表面的二氧化钛。

单晶金属纳米盘在单晶基片上外延生长，使得单晶金属纳米盘和单晶基片具有外延生长关系。