毫秒脉冲激光作用二元金属靶材制备纳米复合材料

【摘要】：激光烧蚀法能够提供一种瞬间高温高压的极端非平衡环境,作用金属靶材后能够使其快速地升温和降温,从而制备出结构各异的纳米材料。对于二元的金属复合靶材,足够的激光能量使得两种金属发生共同熔化和气化,形成混合蒸气,在降温过程中发生变化,得到新奇的纳米复合结构。本文采用毫秒脉冲激光辐照二元金属复合靶材,制备出了几种不同的纳米复合材料,并解释了毫秒脉冲激光与二元金属复合靶材的作用机理。 利用毫秒脉冲激光在惰性环境中辐照Pb-Zn的二元复合靶材,制备出两相分离的Pb-Zn纳米颗粒,并通过对比试验,研究了合金靶材的组成、激光能量的大小和液体介质的氧化性对于产物的影响。结果发现,相分离纳米复合颗粒中两相的大小与二元靶材的组成有关,基本上成化学计量比的关系,激光能量和液体介质对于相分离复合颗粒的形成具有重要影响。结合相图,解释了毫秒脉冲激光作用Pb-Zn二元复合靶材制备相分离的纳米复合颗粒的形成机理。 利用毫秒脉冲激光分别在反应性介质中辐照Pb-Zn二元复合靶材,制备出了一维复合纳米结构。其中在十二硫醇中得到ZnS纳米棒/PbS纳米颗粒的异质结构,在空气和氩气的混合气体中得到ZnO纳米线/Pb纳米颗粒的异质结构,在空气中得到了ZnO纳米棒/PbO的哑铃状纳米复合结构。认为毫秒级的激光脉宽能提供纳米线生长所需要的高温环境,使Pb纳米液滴作为催化剂,Zn蒸气不断地溶入和析出,和周围环境中的S或者O发生反应,生长出ZnS或者ZnO的纳米线,从而形成一维纳米复合纳米结构,这个过程是一种气液固(VLS)的生长机制。 利用毫秒激光烧蚀乙醇中的二元金属复合靶材(Zn-Al、Zn-Fe、Pb-Sn),分别制备出了纳米半球和枝状复合结构、毛刺状纳米球和核壳复合结构等几种结构奇异的纳米复合材料,方便快捷地实现了二元金属纳米材料的复合,因此,利用毫秒脉冲激光烧蚀法制备纳米复合材料是一种很有潜力的制备方法。