TWI429492B - Preparation of inorganic nano-particles and application of the preparation of the system - Google Patents

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Description

無機材奈米粒子的製法及應用該製法的裝置
本發明是有關於一種奈米粒子的製法與製造裝置，特別是指一種便於大量製造，且具有較佳製造效率的無機材奈米粒子的製法及應用該製法的裝置。
奈米科技(nanotechnology)是目前科技發展的重點之一。由於奈米材料(nanomaterials)在應用上可使產品具有輕薄短小、省能源、高容量密度、高精細、高性能與低公害等特性，帶給傳統產業昇級、高科技產業持續發展和永續發展的推動力，使奈米材料成為奈米科技發展的基石，因此，材料、物理、化學、化工及生物各領域皆有研究人員投入奈米科技的研發。
奈米材料依類型主要可分為奈米粒子、奈米纖維、奈米薄膜與奈米塊體四種。其中，由於奈米粒子開發時間較長也較成熟，且奈米薄膜和奈米塊體都是來自於奈米粒子，使奈米粒子的製備顯得更為重要。目前製造奈米粒子的方法主要分為化學與物理二種製造方法：
(1)化學方法：主要是使用化學還原法，以化學還原金屬離子，再藉由添加適當保護劑使被還原的金屬粒子均勻地分散於溶液中，並藉此防止金屬粒子間產生聚集。待成功在該溶液中形成受保護劑包覆的奈米粒子後，再提供一基板，該基板的其中一表面已經一特定有機分子官能化修飾，藉此，該基板表面可利用靜電荷吸引力及化學鍵結力，與奈米 粒子產生鍵結，形成自組成(self-assembly)的超微結構。由於化學方法需使用到甲苯溶液及有機硫醇分子等有機物，其中，甲苯溶液的蒸氣還會造成癌症病變，因此這些有機物不但容易成為污染源而有較不環保的缺失，還具有容易危害人體健康的毒性。
(2)物理方法：目前主要是利用高溫鍛燒、電子束局部轟擊、重離子束局部轟擊與脈衝雷射、奈米微影技術等五種主要方法，其中前面四項主要利用一種使薄膜受熱破裂形成不連續面，再形成熔融態，以藉由表面張力的物理效應，達成聚合成球形奈米粒子的結果。最後一種方法則是事先在基板表面覆蓋一層特殊陣列的光罩，例如，利用某一特定尺寸的奈米級矽球緊密排列成六方緊密堆積，利用矽球間的空隙，沉積一層金屬薄膜，就能夠在該基板上得到具有規則排列的三角形奈米粒子陣列。但前述五種方法分別具有下列缺點：
(i)高溫鍛燒(High temperature annealing)：進行時，必須有一段升溫與降溫的時間，導致耗時較久而效率不佳，且由於升溫與降溫需要較長的時間，使所形成的奈米粒子表面的形貌不易均勻，且容易聚集成較大粒徑的粒子。
(ii)電子束局部轟擊(e-beam irradiation)：需要使用昂貴的儀器設備-電子槍，此外，電子槍每次作用範圍有限，導致一次處理的表面有限，而無法在基材上大面積地製造奈米粒子，同樣有製造效率較差的缺失。
(iii)重離子束局部轟擊(heavy ion irradiation)：與電子 束轟擊一樣，需要使用昂貴的儀器設備，且每次只能局部處理而無法大面積製造奈米粒子，同樣有製造效率不佳的缺失，目前的應用層面仍侷限在學術研究。
(iv)脈衝雷射(pulsed laser irradiation)：每次只能處理小範圍，雖然可藉由不斷來回移動達到處理較大面積的效果，但相對需耗費較多時間，且可處理面積仍然有限，使本法同樣有製造效率不佳的缺點。
(v)奈米微影技術(Nanolithography)：雖然此法可以在基板上大量製造奈米粒子陣列，但步驟卻很繁瑣，非常耗時且過程中也需要利用有機溶劑洗滌，而有製造效率較差與較不環保的缺失。
因此，為了改善奈米粒子的製造效率以降低成本，仍有開發新製法的需求。
因此，本發明的目的，是在提供一種製造效率較高及所製出的粒子粒徑均勻的無機材奈米粒子的製法。
於是，本發明無機材奈米粒子的製法，包含下列步驟：(i)提供一複合元件，該複合元件具有一基材，及至少一層形成在該基材上且具有一預定厚度的無機材層，該無機材層分別是由一選自下列群組中的材料所製成：金屬類、金屬氧化物類及合金類；(ii)將該複合元件置於一腔室中，並對該腔室抽真空，及提供一氣體；及 (iii)在一段預定的時間長度內，持續對該腔室提供一微波能量，使該氣體形成一微波電漿，並作用至該複合元件的無機材層，使該無機材層熔融並形成多數個相間隔且具有預定粒徑的無機材奈米粒子。
本發明無機材奈米粒子的製法的有益效果在於：利用特定的氣體搭配該微波能量形成微波電漿，並作用至預定厚度的無機材層，則當該無機材層接受到高能量時，會逐漸熔融導致薄膜結構破裂，並藉由表面張力作用而傾向形成最小表面積的狀態，而分別自發地聚集與凝聚成球體形的奈米粒子，藉此，使本發明可以相對較簡單的設備與方法在較短的時間間隔內就製出大量具有預定粒徑的奈米粒子，而具有製造效率佳，進而能降低製造成本的特性與優點。
進一步地，本發明應用於製造無機材奈米粒子的裝置，是適於供前述方法使用，也就是適於使一無機材層熔融進而形成多數個相間隔的奈米粒子，該無機材層是形成在一複合元件的一基材上，該裝置包含一反應腔體、分別連接到該反應腔體的一抽氣單元、一供氣單元，及一設置在該反應腔體的發射微波單元。
該反應腔體包括一供該複合元件容置的腔室、分別與該腔室相連通的一抽氣口，及一進氣口。
該抽氣單元是與該反應腔體的抽氣口相連接，以對該腔室抽真空。
該供氣單元是與該反應腔體的進氣口相連接，以通過 該進氣口提供一氣體至該腔室。
該發射微波單元是對應該反應腔體的腔室設置，以朝該腔室提供一微波能量，使該腔室內的氣體形成一作用於該複合元件的無機材層的微波電漿。
本發明應用於製造無機材奈米粒子的裝置的有益效果在於：利用該裝置的發射微波單元配合該供氣單元所提供的特定氣體，就能在該反應腔體的腔室內形成高能量的微波電漿，藉此，可使置於該腔室內的複合元件上的無機材層在短時間內熔融並透過材質本身的表面張力自發地形成球體形的奈米粒子，使本發明具有容易操作且製造效率佳的特性。
有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一個較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
參閱圖1，本發明應用於製造無機材奈米粒子的裝置3的較佳實施例包含一機體30、一設置在該機體30內的反應腔體31、分別連接到該反應腔體31的一抽氣單元32、一供氣單元33，及一設置在該反應腔體31的發射微波單元34。
該機體30界定形成一容置空間300。
該反應腔體31設置在該容置空間300內，包括一界定形成一腔室310的圍繞壁311、相間隔地位於該圍繞壁311，且與該腔室310相連通的一抽氣口312，及一進氣口 313。
該抽氣單元32是與該反應腔體31的抽氣口312相連接，以對該腔室310抽真空。
該供氣單元33是與該反應腔體31的進氣口313相連接，以通過該進氣口313提供一氣體4至該腔室310。其中，該供氣單元33所提供的氣體為一選自下列群組中的氣體：氬氣、氮氣、氧氣。在本實施例中，可依所要製造的無機材奈米粒子的材料種類選用適當的氣體，當所製造的無機材奈米粒子為金屬材質時，通常是以該供氣單元33提供鈍性氣體，例如，氬氣或氮氣至該腔室310，當所製造的無機材奈米粒子為金屬氧化物材質時，則該供氣單元33也可提供氧氣至該腔室310。
該發射微波單元34是對應該反應腔體31設置，並位於該機體30的容置空間300內，以朝該腔室310提供一微波能量，使該腔室310內的氣體4形成一微波電漿，其中，該發射微波單元34的輸出功率較佳為700W~1500W。在本實施例中，該發射微波單元34的輸出功率實質上為1100W，且使用時實質上是將其頻率設定為2450MHz。參閱圖1、圖2與圖3，本發明無機材奈米粒子的製法的較佳實施例可搭配前述的裝置3進行，且該製法包含下列步驟：步驟101是提供一複合元件2，該複合元件2具有一基材21，及至少一層形成在該基材21上且具有一預定厚度的無機材層22，該無機材層22分別是由一選自下列群組中的 材料所製成：金屬類、金屬氧化物類及合金類
較佳地，該無機材層22是由一選自下列群組中的金屬類材質所製成：金(Au)、銀(Ag)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、鉻(Cr)、鈷(Co)、鉬(Mo)、銅(Cu)、鎳(Ni)、鋁(Al)、鐵(Fe)、鎂(Mg)、錫(Sn)、鈦(Ti)、鉈(Ta)及銥(Ir)。該無機材層22也可以由一選自下列群組中的金屬所形成的氧化物所製成：鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥。或者，該無機材層22也可以由合金類材質所製成，且該合金為至少二種選自下列群組中的金屬所製成：金、銀、鈀、鉑、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥。
其中，該複合元件2的基材21的材質不應受限，且可以是一選自下列群組中的物件：矽晶片(silicon wafer)、玻璃基板，石英基板、藍寶石(Sapphire)及雲母(Mica)。該無機材層22形成至該基材21的方法也不受限，在該較佳實施例中，是以濺鍍(sputter coating)方式配合一膜厚控制器(F.T.M)在該基材21的其中一表面鍍上具有預定厚度的該無機材層22。在該基材21濺鍍該無機材層22的技術為現有技術，在此不再贅述。
值得說明的是，該無機材層22也可以由合金的氧化物所製成，例如，該無機材層22也可以由氧化銦錫(ITO)製成，同樣能透過濺鍍方式在該基材21上形成氧化銦錫的無機材層22。
較佳地，該無機材層22的厚度為1nm~20nm。藉由控 制該無機材層22的厚度，可以有效地控制最後所形成的奈米粒子的粒徑範圍。
步驟102是將該複合元件2置於該裝置3的反應腔體31的腔室310中，並以該抽氣單元32對該腔室310抽真空，再透過該供氣單元33提供該氣體4至該腔室310。在本實施例中，是使該反應腔體31中的腔室310壓力維持在0.2tor~6.0tor的範圍。
步驟103是在一預定的時間長度內，持續對該反應腔體31的腔室310提供一微波能量，使該氣體4形成該微波電漿，並作用至該複合元件2的無機材層22，使該無機材層22熔融並形成多數個相間隔且具有預定粒徑的無機材奈米粒子220。該等奈米粒子220的粒徑會隨著該無機材層22的厚度的增加而增加，在該實施例中，是藉由控制該無機材層22的厚度，將該等奈米粒子220的粒徑控制在3nm~200nm，但該等奈米粒子220的粒徑不應受限，且是隨著該無機材層22的厚度增加而增加。此外，該微波能量的作用時間也會隨著該無機材層22的厚度或面積而改變，當該無機材層22的厚度越厚或面積越大時，需要較多的能量才能達到熔融態，使該微波能量的作用時間也相對增長。
值得說明的是，當要製出合金材質的無機材奈米粒子220時，可直接以至少二種選自下列群組中的金屬所製成的合金：金、銀、鈀、鉑、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥，在該基材21形成合金材質的無機材 層22。此外，也可以依合金內容，在該基材21分別形成多數層分別含有不同純金屬材質的無機材層22，當以多層金屬層的方式製成合金材質的奈米粒子220時，該等無機材層22分別可由一選自下列群組中的金屬類材質所製成：金、銀、鈀、鉑、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥。例如，要形成金銀合金材質的奈米粒子時，可在該基材21上分別形成一層金製的無機材層22及一層銀製的無機材層22，再藉由微波電漿使該二層無機材層22熔融，使二者相混合為金銀合金，再透過表面張力的物理效應，自發地形成該等球體形的無機材奈米粒子220。其中，該等無機材層22的總厚度較佳仍是控制在1nm~20nm，而每一層無機材層22的厚度範圍則可依所用濺鍍機配備的膜厚控制機規格，設定在0.1nm~19.9nm。
此外，該複合元件2可以只具有單一層無機材層22，也可以具有多數層不同材質的無機材層22。其中，當具有多數層無機材層22時，該等無機材層22可以分別由一選自下列群組中的金屬類材質所製成：金、銀、鈀、鉑、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥。此外，該無機材層22也可以由一選自下列群組中的金屬類材質：金、銀、鈀、鉑、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥，以及至少二種選自於下列群組中的金屬所形成合金類材質：金、銀、鈀、鉑、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥，所製成。藉此，可形成具有不同合金比例的奈米粒子220。或者，該等無機 材層22也可以由一選自下列群組中的金屬類材質：金、銀、鈀、鉑、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥，以及一選自下列群組中的金屬所形成的氧化物：鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥，所製成。藉此，可形成複合材質的奈米粒子220。
值得一提的是，當要製造金屬氧化物材質的無機材奈米粒子220時，除了可直接以金屬氧化物為該無機材層22的原料，再經微波電漿處理以形成預定的金屬氧化物材質的奈米粒子220外，也可以在該基材21上形成金屬材質的無機材層22，經抽真空後再提供氧氣為用以形成微波電漿的作用氣體4，由於該金屬材質的無機材層22與氧氣在高能量作用下會發生化合反應，故能據此形成金屬氧化物材質的無機材奈米粒子220。
<具體例一(金奈米粒子的製備)>
(1)製備8片複合元件：切割為一大小為1cm×1cm的基材，共8片，將該等基材分別放入丙酮、乙醇、去離子水，並在超音波下各震盪5分鐘，以去除該等基材表面的一些粉塵污染物。再用氮氣將所有基材的表面吹乾，之後將該等基材分別浸泡在一食人魚溶液(piranha solution，為H2SO4與H2O2依3：1的比例混合，且溫度80℃的混合液)中30分鐘，以去除該等基材表面的一些有機殘留物，接著，用大量去離子水潤洗後，再以氮氣將該等基材完全吹乾。
將經前述程序處理乾淨的8片基材，分別放入一台濺 鍍機(sputter coater)中，利用膜厚控制器控制濺鍍在該基材的無機材層的厚度至所需要的尺寸，在此是在這8片基材上分別鍍上1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm、8nm的無機材層，並以所選擇的預定無機材材質作為靶材，就能在該基材上分別形成該具有預定厚度且由預定材質製成的無機材層，因此，共製得8片具有不同厚度的無機材層的複合元件。在此是使用金為靶材。
(2)製造無機材奈米粒子：將該等複合元件分別放入具有該發射微波單元的裝置中，利用該抽氣單元的一真空抽氣馬達對該反應腔體的腔室抽氣，使該腔室內的壓力維持在0.3Torr，並透過該供氣單元將氬氣輸入該腔室內，再啟動該發射微波單元作用於該腔室，藉由微波能量使該氬氣形成微波電漿，高能量的微波電漿與該無機材層相接觸後，使該無機材層逐漸熔融進而形成多數個相間隔的奈米粒子。其中，依該無機材層的厚度不同，該微波能量的作用時間也需相對調整，因此，該無機材層的厚度分別為1nm、2nm、3nm、4nm、5nm、6nm、7nm及8nm時，所對應的該微波能量的作用時間分別為30秒、45秒、50秒、55秒、60秒、65秒、70秒及75秒。
(3)結果
前述8片複合元件依其無機材層的厚度由薄而厚，分別標記為試樣(a1)、(b1)、(c1)、(d1)、(e1)、(f1)、(g1)、(h1)，並將其經微波電漿處理後的結果以掃描式電子顯微鏡(SEM)觀察，呈現如圖4所示的結果，顯示隨著該無機材層 的厚度增加，所製得的奈米粒子的粒徑也會對應增加。當將該掃描式電子顯微鏡下的影像結果作進一步處理，即針對所選定相同範圍內的奈米粒子，分別量測其粒徑，並計算每個複合元件上的該等奈米粒子的粒徑平均值時，可得到如圖5所示的結果，顯示所製出的奈米粒子的粒徑與該無機材層的厚度是呈線性關係，因此，可利用控制該無機材層的厚度有效達到控制所製出的奈米粒子粒徑的效果。上述為使用金的無機材層製出金奈米粒子的結果。
<具體例二(銀奈米粒子的製備)>
同<具體例一>的製法，準備5片乾淨的基材片，分別該等基材片上形成厚度為1nm、2nm、3nm、4nm，及5nm的無機材層，依厚度不同所對應的微波能量的作用時間分別為3秒、6秒、9秒、12秒，及15秒，所使用裝置及設定參數與<具體例一>相同，不同之處在於將該無機材層的材料改為銀，經微波電漿處理後，將具不同厚度無機材層的複合元件經微波電漿處理後製得且形成於該基材上的奈米粒子，依原來無機材層的厚度由薄而厚，分別標記為試樣(a2)、(b2)、(c2)、(d2)、(e2)，所得到的結果如圖6與圖7所示，顯示該等奈米粒子的粒徑仍然隨著該無機材層的厚度增加而增加，且該等奈米粒子的粒徑與無機材層的厚度也是呈線性關係。其中，當該無機材層的材料為銀時，其接受微波能量的作用時間會較短，主要是因為銀本身的蒸發溫度較低及原子濺射率較高，若作用時間太久，可能會使基板的銀粒子蒸發消失，故宜控制在短的微波作用時 間。其中，濺射率的定義為將一離子束打擊靶材表面所濺射出來的原子束，在相同的能量與時間下，濺射率越大的金屬，表示其靶材表面的原子越易脫落沉積於基材上，例如，在60eV的Ar+作用下，下列金屬單位時間的濺射率分別為：Au：2.8，Ag：3.4，Cu：2.3。
<具體例三(氧化銅奈米粒子的製備)>
類似<具體例一>的製法，準備5片乾淨的基材片，分別在該等基材片上形成厚度為1nm、2nm、3nm、4nm，及5nm的無機材層，依厚度不同所對應的微波能量的作用時間分別為15秒、18秒、21秒、24秒，及27秒，使用裝置及設定參數與<具體例一>相同，只是將該無機材層的材料改為銅，並將該腔室的壓力控制在1.0torr，且將氧氣輸入該腔室內，以在氧氣的環境進行微波電漿奈米粒子的製備，經微波電漿處理後，將具不同厚度無機材層的複合元件經微波電漿處理後所製得且形成於該基材上的奈米粒子，依無機材層的厚度由薄而厚，分別標記為試樣(a3)、(b3)、(c3)、(d3)、(e3)，所得到的結果如圖8與圖9所示，顯示該等奈米粒子的粒徑仍然隨著該無機材層的厚度增加而增加，且該等奈米粒子的粒徑與無機材層的厚度有線性關係。
<具體例四(氧化鎳奈米粒子的製備)>
與<具體例三>的製法相同，使用裝置及設定參數也相同，只是將該無機材層的材料改為鎳，且同樣是氧氣的環境下進行微波電漿處理，使無機材層的金屬鎳與氧氣發生 反應，據此仍能製得氧化鎳奈米粒子，且實驗結果顯示該等奈米粒子的粒徑仍然隨著該無機材層的厚度增加而增加，且該等奈米粒子的粒徑與無機材層的厚度有線性關係。
<具體例五(金銀合金之奈米粒子的製備)>
同<具體例一>的製法，使用裝置及設定參數也相同，只是在製備複合元件時，是分別以金為靶材進行濺鍍先在該基材形成第一層無機材層，再以銀為靶材進行濺鍍，以在該第一層無機材層上再形成第二層無機材層，藉此形成二層不同金屬材質的無機材層，其中，進行無機材層濺鍍時使用的濺鍍機所搭載的膜厚控制器的解析度可達0.1nm，該控制器整體控制範圍為0.1nm~999nm，因此，每一無機材層的厚度最小可控制在0.1nm，在此是分別改變金、銀材質的無機材層的厚度比例，並使該二層無機材層的總厚度維持在4nm，分別準備4片乾淨的基材片，並在該等基材片上分別形成總厚度為4nm的二層無機材層，且這二層無機材層的厚度比例分別為(a5)金：銀=1nm：3nm，(b5)金：銀=1.5nm：2.5nm，(c5)金：銀=2nm：2nm，(d5)金：銀=3nm：1nm，微波作用時間皆設定為20秒。經微波電漿處理後，形成金銀合金型式的奈米粒子，如圖10所示，為其SEM圖，顯示雖然每一層無機材層的厚度不同，但由於該二層無機材層的總厚度相同，使所形成的金銀合金奈米粒子的粒徑大小相當一致，經SEM圖形統計分析後，得到平均粒徑為21nm±5nm。如圖11所示，為其 UV/Vis光譜圖，顯示金銀比例不同時，可得到不同特性的UV/Vis光譜圖，並能據此推知所製得的奈米粒子確實為合金材質。
<具體例六(金銀鎳鈀合金之奈米粒子的製備)>
同<具體例一>的製法，使用裝置及設定參數也相同，只是在製備複合元件時，是分別以金、銀、鎳、鈀為靶材進行濺鍍，以在該基材層上形成四層不同金屬材質的無機材層，其各層厚度分別為金=1nm，銀=1nm，鎳=1.5nm，及鈀=1.5nm，即總厚度為5nm，經微波電漿處理，形成金銀鎳鈀合金型式的奈米粒子，以SEM觀察，可得到如圖12所示的結果，經SEM圖形統計分析後，得到該等奈米粒子的平均粒徑為38nm±10nm，如圖13所示，以X射線光電子能譜儀(X-ray photoelectron spectroscopy)量測而得到的XPS全光譜圖顯示在該等合金奈米粒子中出現了Au、Ag、Ni、及Pd的鍵結能量(Binding energy)訊號，顯示該等奈米粒子的材質確實為含有金、銀、鎳、鈀的合金。且可藉由控制無機材層的層數、材質種類及厚度，分別製出不同金屬種類與比例的合金奈米粒子。
由<具體例一>~<具體例六>的結果顯示，透過本發明的製法與使用本發明的裝置能分別製出預定粒徑的純金屬類、金屬氧化類或合金類的奈米粒子，且該等奈米粒子的粒徑與該無機材層的厚度具有良好的線性關係，因此可藉由控制該無機材層的厚度，準確地控制所製造奈米粒子的粒徑。
除了無機材層的厚度與所製出的奈米粒子的粒徑間有良好的線性關係外，實驗結果也顯示，微波處理後，該等奈米粒子能穩定地結合與黏附在該基材上，不易自該基材上脫落，即使不在該等奈米粒子上覆設保護層，該等奈米粒子仍不易因為觸摸該基材表面或靜電力而自該基材脫落，例如，當以金為無機材層的原料時，經微波能量作用後所形成的金奈米粒子能穩定的結合在該基材上，且隨著微波作用時間越久，所形成的金奈米粒子與基材的結合力也會更強。形成這種現象的主要原因可能是在高溫微波電漿的作用下，無機材層所形成的該等奈米粒子的底層某部分會嵌入於基材內，故能與該基材形成緊密的結合。
歸納上述，本發明無機材奈米粒子的製法及應用該製法的裝置，可獲致下述的功效及優點，故能達到本發明的目的：
一、藉由控制該反應腔體31內的壓力，並提供微波能量使所提供的特定氣體轉化為高能量的微波電漿，就能在極短的時間內，使與該微波電漿接觸的無機材層22熔融而形成且有預定粒徑大小的奈米粒子220，使本發明的製造時間短且製造效率較高，而有供商業化大量製造生產奈米粒子220的實用價值。
二、藉由控制形成在該基材21上的無機材層22的厚度，就能準確地控制所製出的奈米粒子220的粒徑，使本發明具有製程穩定，再現性佳與容易操作的特性。
三、本發明的製法與裝置可適用於製造金屬類、金屬 氧化物類與合金類的無機材奈米粒子220產品，因此，針對不同應用需求，在該基材層21上以預定材質形成該無機材層22，就能製得所要求材質的奈米粒子220，使本發明具有應用範圍廣泛的特性與優點。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
2‧‧‧複合元件
21‧‧‧基材
22‧‧‧無機材層
220‧‧‧奈米粒子
3‧‧‧裝置
31‧‧‧反應腔體
310‧‧‧腔室
311‧‧‧圍繞壁
312‧‧‧抽氣口
313‧‧‧進氣口
32‧‧‧抽氣單元
33‧‧‧供氣單元
34‧‧‧發射微波單元
4‧‧‧氣體
圖1是一示意圖，說明本發明應用於製造無機材奈米粒子的裝置的一較佳實施例；圖2是一流程圖，說明本發明無機材奈米粒子的製法一較佳實施例；圖3是一示意圖，說明以本發明的製法使一複合元件的一無機材層熔融形成多數個相間隔的奈米粒子的情形；圖4是一掃描式電子顯微鏡照像圖，說明所製得的該等金奈米粒子的情形；圖5是一線性關係圖，說明不同厚度的無機材層與所製得的金奈米粒子的平均粒徑是呈線性關係；圖6是一掃描式電子顯微鏡照像圖，說明所製得的該等銀奈米粒子的情形；圖7是一線性關係圖，說明不同厚度的無機材層與所製得的銀奈米粒子的平均粒徑是呈線性關係；圖8是一掃描式電子顯微鏡照像圖，說明所製得的該 等氧化銅奈米粒子的情形；圖9是一線性關係圖，說明不同厚度的無機材層與所製得的氧化銅奈米粒子的平均粒徑是呈線性關係；圖10是一掃描式電子顯微鏡照像圖，說明所製得的該等金銀合金奈米粒子的情形；圖11是一UV/Vis光譜圖，說明不同金銀合金比例的奈米粒子可得到不同特性的UV/Vis光譜圖；圖12是一掃描式電子顯微鏡照像圖，說明所製得的該等金銀鎳鈀合金奈米粒子的情形；及圖13是一XPS光譜圖，說明結合金、銀、鎳、鈀的無機材層所製出的奈米粒子中的鍵結能量訊號的分佈情形。

Claims (20)

  1. 一種無機材奈米粒子的製法，包含下列步驟：(i)提供一複合元件，該複合元件具有一基材，及至少一層形成在該基材上且具有一預定厚度的無機材層，該無機材層分別是由一選自下列群組中的材料所製成：金屬類、金屬氧化物類及合金類；(ii)將該複合元件置於一腔室中，並對該腔室抽真空，及提供一氣體；及(iii)使用一發射微波單元持續對該腔室提供一微波能量，使該氣體形成一微波電漿，並作用至該複合元件的無機材層，使該無機材層熔融並形成多數個相間隔且具有預定粒徑的無機材奈米粒子，其中，該無機材層所形成的該等無機材奈米粒子的底層部分會嵌入於該基材內，與該基材形成緊密結合。
  2. 依據申請專利範圍第1項所述的無機材奈米粒子的製法，其中，在步驟(i)中，該複合元件的無機材層的厚度為1nm~20nm。
  3. 依據申請專利範圍第2項所述的無機材奈米粒子的製法，其中，在步驟(ii)中，是使該腔室中的壓力降低並維持在0.2torr~6.0torr的範圍。
  4. 依據申請專利範圍第3項所述的無機材奈米粒子的製法，其中，在步驟(iii)中，所形成的該等奈米粒子的粒徑為3nm~200nm。
  5. 依據申請專利範圍第3項所述的無機材奈米粒子的製 法，其中，在步驟(ii)中，所提供的氣體為一選自下列群組中的氣體：氬氣、氮氣及氧氣。
  6. 依據申請專利範圍第3項所述的無機材奈米粒子的製法，其中，在步驟(i)中，該無機材層為一選自下列群組中的金屬類材質所製成：金、銀、鈀、鉑、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥。
  7. 依據申請專利範圍第3項所述的無機材奈米粒子的製法，其中，在步驟(i)中，該無機材層是由一選自下列群組中的金屬所形成的氧化物所製成：鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥。
  8. 依據申請專利範圍第3項所述的無機材奈米粒子的製法，其中，在步驟(i)中，該無機材層是由合金材質所製成，且該合金為至少二種選自下列群組中的金屬所製成：金、銀、鈀、鉑、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥。
  9. 依據申請專利範圍第1項所述的無機材奈米粒子的製法，其中，在步驟(i)中，該複合元件具有2~4層不同材質的無機材層。
  10. 依據申請專利範圍第9項所述的無機材奈米粒子的製法，其中，在步驟(i)中，該複合元件的該等無機材層的總厚度為1nm~20nm。
  11. 依據申請專利範圍第10項所述的無機材奈米粒子的製法，其中，在步驟(i)中，每一層無機材層的厚度範圍為0.1nm~19.9nm。
  12. 依據申請專利範圍第11項所述的無機材奈米粒子的製法，其中，在步驟(ii)中，是使該腔室中的壓力降低並維持在0.2torr~6.0torr的範圍。
  13. 依據申請專利範圍第12項所述的無機材奈米粒子的製法，其中，在步驟(i)中，該等無機材層分別是由一選自下列群組中的金屬類材質所製成：金、銀、鈀、鉑、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥。
  14. 依據申請專利範圍第12項所述的無機材奈米粒子的製法，其中，在步驟(i)中，該等無機材層分別是由選自於下列群組中的材質所製成：金屬類、金屬氧化物類，及其等的組合。
  15. 依據申請專利範圍第14項所述的無機材奈米粒子的製法，其中，在步驟(i)中，該等無機材層分別是由一選自下列群組中的金屬類材質：金、銀、鈀、鉑、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥，以及一選自下列群組中的金屬所形成的氧化物：鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥，所製成。
  16. 依據申請專利範圍第12項所述的無機材奈米粒子的製法，其中，在步驟(i)中，該等無機材層分別是由選自於下列群組中的材質所製成：金屬類、合金類，及其等的組合。
  17. 依據申請專利範圍第16項所述的無機材奈米粒子的製法，其中，在步驟(i)中，該等無機材層分別是由一選自下列群組中的金屬類材質：金、銀、鈀、鉑、鉻、鈷、 鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥，以及至少二種選自於下列群組中的金屬所形成合金類材質：金、銀、鈀、鉑、鉻、鈷、鉬、銅、鎳、鋁、鐵、鎂、錫、鈦、鉈及銥，所製成。
  18. 一種應用於製造無機材奈米粒子的裝置，適於使一無機材層熔融進而形成多數個相間隔的奈米粒子，該無機材層是形成在一複合元件的基材上，該裝置包含：一機體，界定形成一容置空間；一反應腔體，設置在該機體的容置空間內，包括一供該複合元件容置的腔室、分別與該腔室相連通的一抽氣口，及一進氣口；一抽氣單元，是與該反應腔體的抽氣口相連接，以對該腔室抽真空；一供氣單元，是與該反應腔體的進氣口相連接，以通過該進氣口提供一氣體至該腔室；及一發射微波單元，是對應該反應腔體設置，並位於該機體的容置空間內，以朝該腔室提供一微波能量，使該腔室內的氣體形成一作用於該複合元件的無機材層的微波電漿，並使該無機材層所形成的該等奈米粒子的底層部分嵌入於該基材內，與該基材形成緊密結合。
  19. 依據申請專利範圍第18項所述的應用於製造無機材奈米粒子的裝置，其中，該抽氣單元可以將該腔室中的壓力降低並維持在0.2torr~6.0torr的範圍。
  20. 依據申請專利範圍第19項所述的應用於製造無機材奈米 粒子的裝置，其中，該供氣單元所提供的氣體為一選自下列群組中的氣體：氬氣、氮氣及氧氣。
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