[发明专利]在单分子膜上形成小于10纳米金属原子簇或金属原子二维有序点阵的方法

说明书

本发明属于具有二维有序结构的金属材料技术领域，特别是涉及在单分子膜上形成小于10纳米金属原子簇或金属原子二维有序点阵的方法。

具有纳米结构或超微有序结构的金属材料，因其特有的化学、光学、电子等性能，已被人们广泛用于各个领域。尤其是具有二维有序结构的“金”，除了在未来的纳米电子器件中将具有极其重要的作用外，还因其与生物大分子的特殊亲和力，对研究生物大分子本身的结构与功能具有特殊的意义。然而，在纳米级，甚至原子级水平上，金属的二维有序结构很难获得。现有的方法，一般采用真空喷射来获得不完全的金属单原子层[EricGanz,Klaus Sattler,and John Clarke,Phys.Rev.Lett.,58,1856(1988)]。由于喷射的原子数很难精确控制，以及所形成的二维晶格极不稳定(仅有几分钟)，这种方法很难推广为一种有效实用的制备手段。

本发明的目的是克服现有技术制备出的金属的二维有序晶格结构不稳定，提供一种室温下在单分子膜上形成小于10纳米金属原子簇或金属原子二维有序点阵的方法。本发明的技术方案所获得的金属原子簇为10纳米以下，金属原子簇或金属原子二维有序点阵是平面直角晶格。晶格室温下可稳定达48小时以上，同时，在以LB膜为基础时，对于某些金属，如金属金，可以实现真正意义上的原子有序点阵，而不是统计意义上的大致的单原子层。

本发明的技术方案是这样实现的：

以单分子膜技术为基础，通过单分子膜上的化学过程来获得固定在单分子膜上的稳定的金属原子二维点阵。本发明所用到的化学过程是(含)金属的离子在单分子膜上依次进行的吸附过程、部分脱附过程和还原过程。其中在吸附过程中，金属离子(Cu²⁺,Ag⁺)或含金属络合物的离子(AuCl₄^-,PtCl₆^2-)被加入底液，在静电作用力下被基底单分子膜吸附，在部分脱附过程中，吸附了离子的基底单分子膜被置于纯水氛围中，使松散结合的非特异性吸附的离子脱附，仅留下特异性结合的紧密吸附层，然后在还原过程中，以上带有金属离子吸附层的单分子膜被置于还原剂水溶液中，被还原成为金属原子或原子簇。

1．单槽法制金属原子的二维点阵

在标准单分子膜槽中，以纯水为底液，将溶解在氯仿中的两亲聚合物或直链脂肪酸或脂肪胺(n=12～22)的单分子膜铺展在槽中，然后将单分子膜压至恒定压力，平衡一定时间后，两亲聚合物需用紫外光照射聚合，或直接铺聚合好的膜，然后向底液中注入一定量的5×10^-6M至5×10^-4M金属盐或金属盐络合物的水溶液，使底液中的金属离子的浓度为5×10^-6M至5×10^-4M；经过一定时间以后，用水平提拉法或垂直提拉法将聚合物膜转移至疏水载片上，将载片浸入纯水中充分漂洗，然后再浸入10^-6至10^-4M的还原剂水溶液中还原，最后将载片洗净，氮气吹干，在单分子膜上形成小于10纳米金属原子的二维有序点阵。

2．三槽法制金属原子的二维点阵

在“三槽式”拉膜仪的三个槽中，在第一槽中加入5×10^-6M至5×10^-4M的金属盐或金属盐络合物的水溶液，第二槽中加入纯水，第三槽中加入5×10^-7M至5×10^-4M的还原剂水溶液，将溶解在氯仿中的两亲聚合物或直链脂肪酸或脂肪胺(n=12～22)的单分子膜铺展在第一个槽后，两亲聚合物需进行紫外光照射聚合，或直接铺聚合好的膜，然后在恒定表面压力下将此聚合物膜小心推至第二个充满纯水的槽体中，静置后，最后再推至第三个槽体将吸附的金属离子还原，还原后，用水平提拉法或垂直提拉法将单分子膜转移至载片上，氮气流吹干，在单分子膜上形成小于10纳米金属原子的二维有序点阵。

3．三槽法制备单分散的金属原子簇的二维点阵