用于通过扫描探针光刻合成金属纳米颗粒的通用方法

    技术2024-12-08  19


    本公开涉及形成金属和/或金属氧化物纳米颗粒的方法,并且更具体地,涉及无论特定元素化学物质是什么都能够使形成金属和/或金属氧化物纳米颗粒发生的通用方法。


    背景技术:

    1、纵观历史,所使用和依赖的材料随时间的推移而演变,慢慢变得更加复杂。由于材料所涵盖的巨大参数空间,从早期人类使用的石器进展到今天使用的复合合成材料花费了几个世纪。例如,当考虑元素周期表中的91种金属元素和其所有可能的组合时,几乎存在无限数量的可能材料。在纳米尺度上尤其如此,在所述纳米尺度上,即使在固定的化学组成下,大小或形状的微小改变也能够极大地改变材料的特性。


    技术实现思路

    1、需要快速合成并随后筛选材料以获得期望的特性的能力。已经开发了一种纳米级扫描探针光刻方法,通过沉积聚合物纳米反应器和热退火,能够制备多达50亿个具有不同化学物质的、根据位置进行编码的纳米材料的“巨库”,所述化学物质包含金属或离子纳米颗粒和钙钛矿。这些库可以定制成涵盖各种合金和相分离的纳米颗粒,所述合金和相分离的纳米颗粒包含多达7种不同的元素,其中至多为四个相和六个界面。重要的是,一个巨库含有的新的定义明确的无机材料比化学家迄今为止累计产生和表征的更多,并且可以用于鉴定重要化学转变的新材料和催化剂。另外,已经获得了如何在多元素纳米颗粒中形成热力学相的重要见解,并且已经建立了用于在多元素纳米颗粒中工程化异质结构的设计规则。已经开发出一种新的高通量结构、催化和发光表征技术,所述技术与前所未有的巨库合成速度相匹配。



    技术特征:

    1.一种用于在基材上形成金属或金属氧化物纳米颗粒的方法,所述方法包括:

    2.根据权利要求1所述的方法,其中所述溶剂是以下中的一种或多种:1,3-二甲基-2-咪唑啉酮(dmi)、碳酸丙烯酯(pc)和环丁砜(sf)。

    3.根据权利要求1或2所述的方法,其中所述聚合物是聚苯乙烯或是聚苯乙烯基的。

    4.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述金属前体包括金属氮化物和/或金属卤化物。

    5.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述金属前体的金属是以下中的一种或多种:mg、al、ca、sc、ti、v、cr、mn、fe、co、ni、cu、zn、ga、ge、sr、y、zr、mo、ru、rh、pd、ag、cd、in、sn、sb、ba、lu、hf、ta、w、re、ir、pt、au、pb、bi、la、ce、pr、nd、sm、eu、gd、th、dy、ho、er、tm和yb。

    6.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述金属前体以约5mm至约20mm的量存在于所述前体油墨中。

    7.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中所述聚合物以约10mg/ml至约200mg/ml的量存在于所述前体油墨中。

    8.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中沉积所述前体油墨包括使所述疏水性表面与在所述前体油墨中涂覆的扫描探针光刻尖端接触。

    9.根据权利要求8所述的方法,其中所述疏水性表面与所述扫描探针光刻尖端反复接触以将所述纳米反应器沉积在所述疏水性表面上。

    10.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中蒸发所述溶剂包括在室温下对所述纳米反应器进行加热。

    11.根据权利要求1至9中任一项所述的方法,其中蒸发所述溶剂包括将所述纳米反应器加热至低于所述溶剂的沸点的温度。

    12.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中蒸发所述溶剂包括将所述纳米反应器加热至室温至约80℃的温度。

    13.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中蒸发所述溶剂是在暴露于溶剂蒸气的情况下进行的。

    14.根据权利要求13所述的方法,其中所述溶剂蒸气是甲苯或thf。

    15.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中去除所述聚合物包括用等离子体处理所述纳米反应器。

    16.根据权利要求15所述的方法,其包括用h2中的所述等离子体处理所述纳米反应器。

    17.根据权利要求15所述的方法,其中所述等离子体是o2等离子体。

    18.根据权利要求15的权利要求所述的方法,其进一步包括在真空下加热以去除所述聚合物。

    19.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中使所述所聚集的金属前体退火包括加热至至少高于所述金属前体的分解温度且低于所述金属前体蒸发的温度的温度。

    20.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中使所述所聚集的金属前体退火包括加热至约400℃至约800℃的温度。

    21.根据前述权利要求中任一项所述的方法,其中使所述所聚集的金属前体退火包括在h2中退火以将所述金属前体还原为金属纳米颗粒。

    22.根据权利要求1至20中任一项所述的方法,其中使所述所聚集的金属前体退火包括在o2中退火以将所述金属前体转化为金属氧化物纳米颗粒。

    23.根据权利要求22所述的方法,其中在o2中加热包括在所述金属前体的所述分解温度或约为所述分解温度的第一温度下的第一退火,以及在高于所述金属前体的所述分解温度且低于所述金属前体蒸发的温度的第二温度下的第二退火。

    24.根据权利要求1至23中任一项所述的方法,其中所述金属前体包括至少两种或更多种金属前体,每种金属前体具有分解温度,并且退火在所述两种或更多种金属前体的最高分解温度或高于所述最高分解温度的温度下进行。


    技术总结
    一种用于在基材上形成金属或金属氧化物纳米颗粒的方法可以包含在基材的疏水性表面上沉积前体油墨,以在所述疏水性表面上形成纳米反应器。所述前体油墨包含金属前体和溶解在溶剂中的非配位聚合物。所述方法可以然后包含从所述纳米反应器中蒸发所述溶剂,其中在蒸发所述溶剂时,所述聚合物和所述金属前体相分离,并且所述金属前体聚集在所述纳米反应器的表面上。在所述溶剂蒸发后,去除所述聚合物,由此使所聚集的金属前体与所述疏水性表面接触。然后使所得的所聚集的金属前体退火以形成所述金属或金属氧化物纳米颗粒。

    技术研发人员:查德·A·米尔金,维纳亚克·P·德拉维,卡罗琳·B·沃尔
    受保护的技术使用者:西北大学
    技术研发日:
    技术公布日:2024/10/24
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