光致銅離子金屬化、納米化與圖案化的研究.pdf

1、光化學(xué)法制備納米銅粒子具有反應(yīng)溫和、產(chǎn)物純凈的優(yōu)點(diǎn)。由于光在時(shí)間和空間上的可控性，又為制備納米銅膜和銅的圖案化奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。本論文利用光引發(fā)劑受光光解產(chǎn)生自由基，銅離子奪取自由基上的電子而被還原成納米銅粒子，同時(shí)制備了銅膜及其銅的圖案化。本論文的主要工作如下:
　　 1、設(shè)計(jì)了光致還原銅離子的氧化還原體系。選用普通的銅鹽氯化銅為銅源，自由基型光引發(fā)劑184為還原劑，在乙醇體系中進(jìn)行光致還原反應(yīng)。加入小分子胺——二乙醇胺，引入銅

2、胺絡(luò)合物的原理，解決了一價(jià)銅鹽——氯化亞銅的溶解性問題，成功制備了納米銅粒子。紫外-可見吸收光譜、XRD研究表明制備的納米粒子為銅粒子。
　　 2、通過對(duì)影響反應(yīng)的因素，如溶液濃度、攪拌方式、光強(qiáng)、反應(yīng)溫度、溶劑種類等研究表明，濃度和溫度是影響納米銅粒子尺寸的主要因素。氯化銅溶液的濃度對(duì)納米粒子的尺寸起決定性影響。隨著氯化銅溶液濃度的增加，銅納米粒子的尺寸顯著增長(zhǎng);當(dāng)濃度達(dá)到0.1M時(shí)，銅粒子不再呈粒子狀態(tài)懸浮在溶液中或者形成沉

3、淀，而是吸附在反應(yīng)器壁上，并且優(yōu)先吸附在受光照一側(cè)的內(nèi)壁上，形成一層光亮的銅膜。反應(yīng)體系處在持續(xù)攪拌下，銅納米粒子變小，尺寸分布也趨向均勻。而光強(qiáng)對(duì)反應(yīng)速度有明顯影響外，對(duì)粒子的尺寸和分布無(wú)顯著影響。體系的溫度對(duì)銅納米粒子的尺寸和反應(yīng)速度有重要影響，當(dāng)溫度從0度升高到45度時(shí)，銅納米粒子的尺寸增大了近10倍。不同的醇對(duì)反應(yīng)速度有一定的影響，隨著醇分子碳原子個(gè)數(shù)的增加醇的粘度增加，光致還原反應(yīng)速度下降，當(dāng)醇的碳原子個(gè)數(shù)大于2時(shí)，醇的粘度是

4、影響反應(yīng)速度的主要原因。
　　 3、高分子封端劑(capping agent)對(duì)納米銅粒子的尺寸和分布有很好的調(diào)控作用。聚乙烯吡喏烷酮(PVP)的加入使體系中的納米銅粒子尺寸變小，分布均勻化;但是在實(shí)時(shí)紫外-可見光譜上明顯觀察到了納米銅粒子吸收峰的紅移。而通過加入聚乙烯亞胺(PEI)，將絡(luò)合、銅與高分子鏈的固定和封端劑的作用合而為一，有效地抑制了納米銅粒子的增長(zhǎng)，制備、了超細(xì)納米銅粒子，并且大大降低了溶液濃度對(duì)粒子尺寸的影響，確

5、定了用高濃度普通銅鹽制備小尺寸納米銅粒子的方法。
　　 4、通過氣質(zhì)聯(lián)用儀和實(shí)時(shí)紫外-可見光譜對(duì)光致還原銅離子的反應(yīng)機(jī)理進(jìn)行了研究。研究表明，光引發(fā)劑184受光分解產(chǎn)生的自由基還原了銅胺離子，但是只有其中的一個(gè)自由基——環(huán)己醇自由基具備還原能力;反應(yīng)分兩步進(jìn)行，銅離子逐步奪取自由基上的電子，從+2價(jià)到+1價(jià)再到單質(zhì)銅;溶劑對(duì)反應(yīng)的不同影響（甲醇和乙醇）是由于苯甲醛自由基奪取了甲醇中的甲氧基，而使甲醇分解出氫原子，氫原子參與還原銅