貴金屬納米顆粒陣列的制備方法技術

本發明專利技術提供了一種可制備出大小、形狀和材料種類可調節的納米顆粒陣列的方法，該方法先利用聚苯乙烯膠體球間的自組裝，在襯底上制備出單一粒徑的二維單層的六角密排結構模板，此后在上述模板上沉積貴金屬薄膜，經有機溶劑超聲除去膠體球掩膜板后，可在襯底上得到三角形結構的貴金屬納米顆粒陣列。將超聲后的聚苯乙烯膠體球浸入氯仿溶液中溶解掉膠體球從而得到碗狀殼層貴金屬納米陣列。該方法還可以通過離子刻蝕/退火等技術手段使得聚苯乙烯膠體球之間排列不緊密，從而在襯底上將得到環狀結構的貴金屬納米顆粒陣列。這種有序納米顆粒陣列在化學和生物傳感器、超高密度數據存儲介質、光電器件和化學催化劑等方面有著廣泛的應用前景。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及，尤其涉及可制備出大小、形狀和材料種類可調節的貴金屬納米陣列的制備方法。
技術介紹
貴金屬納米顆粒在可見光范圍內伴隨有強烈的吸收峰，這是由于顆粒內大量的傳導電子的振動頻率和入射光波的頻率相等，產生表面等離子體共振效應，從而產生強烈的吸收峰。表面等離子體共振光譜峰位對納米顆粒的形狀、大小、分布、外部介質環境的變化非常敏感。隨著現代納米技術的發展，不同形貌的貴金屬納米顆粒的制備及它們相應光學特性的研究引起了人們廣泛的興趣。在不同形貌的貴金屬納米結構中，ニ維有序納米顆粒陣列日益受到人們的關注。 所謂ニ維有序納米顆粒陣列，是指納米顆粒在ニ維方向上按照一定的規律有序排列的結構，人們可通過顆粒大小、間距乃至成分來大范圍地控制其特性。納米顆粒陣列在生物傳感、醫學、光電、催化、檢測等領域具有潛在的應用前景。基于此，發展和衍生出了大量的制備納米或微米以下尺度結構的エ藝，如光刻蝕法、電子束刻蝕法、X射線刻蝕法等。但這些刻蝕技術設備復雜、成本昂貴、效率低，對于制作大尺度的納米顆粒陣列體系還存在困難。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供ー種可制備出大小、形狀和材料種類可調節的納米顆粒陣列的制備方法，該方法設備簡單、實驗手段便利靈巧、效率高效。本專利技術的制備方法是采用聚苯こ烯膠體球自組裝和薄膜沉積技術相結合的方法，整體思路如下 (I)該方法利用聚苯こ烯膠體球間的自組裝，在襯底上制備出ニ維單層聚苯こ烯膠體球的六角密排模板； (2 )采用垂直蒸發或傾斜濺射技術在聚苯こ烯膠體球自組裝ニ維單層模板上沉積貴金屬薄膜； (3)超聲溶解除去聚苯こ烯膠體球模板，將得到了不同形貌結構的貴金屬鈉米顆粒陣列。根據所制得的納米顆粒陣列形貌的不同，本專利技術方法可以細分為幾個具體的技術方案。方案一， (1)利用聚苯こ烯膠體球間的自組裝，在襯底上制備出單層ニ維聚苯こ烯膠體球的六角密排結構； (2)采用電子束蒸鍍技術在聚苯こ烯膠體球單層模板上沉積50 200nm厚度的貴金屬薄膜；(3)超聲溶解除去聚苯こ烯膠體球粒子，在襯底上得到三角形單元組成的貴金屬納米顆粒陣列。所述的襯底可以為A1203、GaN或石英玻璃。 當統ー粒徑的聚苯こ烯膠體球緊密排列呈六角密排結構時，由于此時聚苯こ烯膠體球掩膜板中，膠體球之間的排列比較緊密，間隙較小。通過電子束蒸鍍技術的垂直蒸發，使得貴金屬納米顆粒通過聚苯こ烯膠體球之間的間隙垂直入射到襯底。雖然在蒸鍍沉積過程當中，襯底以一定的角速度在旋轉，但是電子束蒸鍍的繞射性 較差，所以只是在聚苯こ烯膠體球之間的間隙處形成類似三角形狀貴金屬納米顆粒。當聚苯こ烯膠體球掩膜板被超聲溶解以后，就會在襯底上形成由類似三角形顆粒單元所組成的貴金屬納米顆粒陣列。此過程對應實驗不意圖I中路線I。 方案ニ， (1)利用聚苯こ烯膠體球間的自組裝，在襯底上制備出單層ニ維聚苯こ烯膠體球的六角密排結構； (2)采用電子束蒸鍍技術在聚苯こ烯膠體球單層模板上沉積100 300nm厚度的貴金屬薄膜； (3)將襯底浸入氯仿溶液中，將聚苯こ烯膠體球頂端的納米顆粒殼層從膠體球模板上剝離掉，形成碗狀殼層納米陣列。所述的襯底可以為Al2O3, GaN或石英玻璃。 在上述實驗過程中，當貴金屬薄膜沉積時間較長，聚苯こ烯膠體表面將覆蓋一層貴金屬薄膜。此時，把襯底浸入氯仿溶液中，可溶解并將聚苯こ烯膠體球頂端的殼層從襯底上剝離掉，溶解掉聚苯こ烯膠體球“核心”后，將得到的貴金屬殼層為碗狀殼層結構納米陣列。碗狀殼層納米陣列仍保留著聚苯こ烯膠體球膜板的周期性有序結構，這是由于聚苯こ烯膠體球與球之間彼此接觸，在沉積貴金屬的過程中，貴金屬顆粒會在聚苯こ烯膠體球之間的接觸區域聚積，因而碗狀殼層單元會彼此相連起來而形成有序結構。碗狀殼層結構堅實，即使在TEM樣品制備過程中經受較長時間超聲的情況下也能保證結構完整有序。通過控制貴金屬薄膜的沉積時間和選擇不同大小的聚苯こ烯膠體球作為掩膜板，我們可以調整半球形納米殼層的厚度和內部直徑。這些碗狀殼層具有許多獨特的性質，如大的比表面積、有序結構、弱対稱性等，它們在等離子體器件、生物傳感器、微反應容器、催化劑等方面具有良好的應用前景。(此過程對應實驗示意圖I中路線2) 方案三， (1)利用聚苯こ烯膠體球間的自組裝，在襯底上制備出單層ニ維聚苯こ烯膠體球的六角密排結構； (2)采用磁控濺射技術，在聚苯こ烯膠體球單層模板上傾斜沉積50 200nm厚度的貴金屬薄膜； (3)超聲溶解除去聚苯こ烯膠體球粒子，在襯底上得到網格單元組成的貴金屬納米顆粒陣列。所述的襯底可以為A1203、GaN或石英玻璃。 當統ー粒徑的聚苯こ烯膠體球緊密排列呈六角密排結構時，由于聚苯こ烯膠體球掩膜板之中膠體球之間的排列比較緊密，因此聚苯こ烯膠體球之間的間隙較小。選擇磁控濺射作為貴金屬薄膜沉積技術，由于磁控濺射系統在沉積貴金屬薄膜過程中，貴金屬顆粒是傾斜入射到聚苯こ烯膠體球模板上，且磁控濺射的繞射性較強，因此隨著濺射時間的增加，貴金屬顆粒主要沉積在膠體球的陰影邊緣和空隙部分。當聚苯こ烯膠體球掩膜板被三氯甲烷(CHCl3)等有機溶液超聲溶解以后，襯底上就會形成由網格狀単元所組成的貴金屬納米陣列。(此過程對應實驗示意圖I中路線3) 方案四， (1)利用聚苯こ烯膠體球間的自組裝，在襯底上制備出單層ニ維聚苯こ烯膠體球的六 角密排結構； (2)通過離子束刻蝕和熱退火技術使聚苯こ烯膠體球粒徑變小； (3)采用磁控濺射技術在聚苯こ烯膠體球單層模板上傾斜濺射沉積50 200nm厚度的貴金屬薄膜； (4)超聲溶解除去聚苯こ烯膠體球粒子，在襯底上得到環狀單元組成的貴金屬納米顆粒陣列。所述的襯底可以為Al2O3, GaN或石英玻璃。 當聚苯こ烯膠體球粒子經過離子束刻蝕后，聚苯こ烯膠體球單層掩膜板之間的膠體球粒子排列不再緊密，即聚苯こ烯膠體球之間存在的較大間隙。選擇磁控濺射作為貴金屬薄膜沉積技木，由于磁控濺射系統在沉積貴金屬薄膜過程中，貴金屬顆粒是傾斜入射到聚苯こ烯膠體球掩模板，隨著濺射過程中襯底的旋轉，貴金屬顆粒主要沉積在聚苯こ烯膠體球底部一周。當聚苯こ烯膠體球掩膜板被超聲溶解以后，就會在襯底上形成由環狀單元所組成的貴金屬納米陣列。這種納米環的有序陣列結構在表面增強拉曼襯底、傳感器、芯片等方面有著巨大的應用前景。(此過程對應實驗示意圖I中路線4) 本專利技術中的這種制備方法可拓展到其它材料，因為磁控濺射和電子束蒸鍍技術可以沉積可控厚度的各種不同材料。另外，選擇不同大小的聚苯こ烯膠體球可制備出不同大小結構單元的納米顆粒陣列。所得到的這種陣列結構可作為表面增強拉曼基底使用，因為入射光與所得到的貴金屬顆粒的表面等離子體發生共振時可大大的增強電磁場。附圖說明圖I是用本專利技術方法制備不同結構的納米陣列的示意圖。圖2是本專利技術提出的制備聚苯こ烯膠體球的漂移法示意圖。圖3是本專利技術方法制備的三角形納米陣列的掃描電子顯微鏡圖片。圖4是本專利技術方法制備的碗狀殼層納米陣列的掃描電子顯微鏡圖片。圖5是本專利技術方法制備的網格狀納米陣列的掃描電子顯微鏡圖片。圖6是本專利技術方法制備的環狀納米陣列的掃描電子顯微鏡圖片。具體實施例方式下面通過實施例結合附圖對本專利技術作進ー步說明。實施例1，首先制備單層本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可制備出大小、形狀和材料種類可調節的納米顆粒陣列的制備方法，其特征在于：采用聚苯乙烯膠體球自組裝手段和薄膜沉積技術相結合的方法制備，具體步驟如下：（1）該方法利用聚苯乙烯膠體球間的自組裝，在Al2O3、GaN或石英玻璃襯底上制備出二維單層聚苯乙烯膠體球的六角密排模板；（2）采用垂直蒸發或傾斜濺射技術在聚苯乙烯膠體球自組裝二維單層模板上沉積貴金屬薄膜；（3）超聲溶解除去聚苯乙烯膠體球模板，得到不同形貌結構的貴金屬鈉米顆粒陣列。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：肖湘衡，梅菲，任峰，蔣昌忠，
申請(專利權)人：武漢大學，
類型：發明
國別省市：