[发明专利]贵金属纳米颗粒阵列的制备方法

说明书

 

技术领域  

本发明涉及贵金属纳米颗粒阵列的制备方法，尤其涉及可制备出大小、形状和材料种类可调节的贵金属纳米阵列的制备方法。

背景技术  

贵金属纳米颗粒在可见光范围内伴随有强烈的吸收峰，这是由于颗粒内大量的传导电子的振动频率和入射光波的频率相等，产生表面等离子体共振效应，从而产生强烈的吸收峰。表面等离子体共振光谱峰位对纳米颗粒的形状、大小、分布、外部介质环境的变化非常敏感。随着现代纳米技术的发展，不同形貌的贵金属纳米颗粒的制备及它们相应光学特性的研究引起了人们广泛的兴趣。在不同形貌的贵金属纳米结构中，二维有序纳米颗粒阵列日益受到人们的关注。

所谓二维有序纳米颗粒阵列，是指纳米颗粒在二维方向上按照一定的规律有序排列的结构，人们可通过颗粒大小、间距乃至成分来大范围地控制其特性。纳米颗粒阵列在生物传感、医学、光电、催化、检测等领域具有潜在的应用前景。基于此，发展和衍生出了大量的制备纳米或微米以下尺度结构的工艺，如光刻蚀法、电子束刻蚀法、X射线刻蚀法等。但这些刻蚀技术设备复杂、成本昂贵、效率低，对于制作大尺度的纳米颗粒阵列体系还存在困难。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种可制备出大小、形状和材料种类可调节的纳米颗粒阵列的制备方法，该方法设备简单、实验手段便利灵巧、效率高效。

本发明的制备方法是采用聚苯乙烯胶体球自组装和薄膜沉积技术相结合的方法，整体思路如下:

（1）该方法利用聚苯乙烯胶体球间的自组装，在衬底上制备出二维单层聚苯乙烯胶体球的六角密排模板；

（2）采用垂直蒸发或倾斜溅射技术在聚苯乙烯胶体球自组装二维单层模板上沉积贵金属薄膜；

（3）超声溶解除去聚苯乙烯胶体球模板，将得到了不同形貌结构的贵金属钠米颗粒阵列。

根据所制得的纳米颗粒阵列形貌的不同，本发明方法可以细分为几个具体的技术方案。

方案一，

（1）    利用聚苯乙烯胶体球间的自组装，在衬底上制备出单层二维聚苯乙烯胶体球的六角密排结构；

（2）    采用电子束蒸镀技术在聚苯乙烯胶体球单层模板上沉积50～200nm厚度的贵金属薄膜；

（3）    超声溶解除去聚苯乙烯胶体球粒子，在衬底上得到三角形单元组成的贵金属纳米颗粒阵列。

所述的衬底可以为Al₂O₃、GaN或石英玻璃。

 

当统一粒径的聚苯乙烯胶体球紧密排列呈六角密排结构时，由于此时聚苯乙烯胶体球掩膜板中，胶体球之间的排列比较紧密，间隙较小。通过电子束蒸镀技术的垂直蒸发，使得贵金属纳米颗粒通过聚苯乙烯胶体球之间的间隙垂直入射到衬底。虽然在蒸镀沉积过程当中，衬底以一定的角速度在旋转，但是电子束蒸镀的绕射性较差，所以只是在聚苯乙烯胶体球之间的间隙处形成类似三角形状贵金属纳米颗粒。当聚苯乙烯胶体球掩膜板被超声溶解以后，就会在衬底上形成由类似三角形颗粒单元所组成的贵金属纳米颗粒阵列。此过程对应实验示意图1中路线1。

 

方案二，

（1）    利用聚苯乙烯胶体球间的自组装，在衬底上制备出单层二维聚苯乙烯胶体球的六角密排结构；

（2）    采用电子束蒸镀技术在聚苯乙烯胶体球单层模板上沉积100～300nm厚度的贵金属薄膜；

（3）    将衬底浸入氯仿溶液中，将聚苯乙烯胶体球顶端的纳米颗粒壳层从胶体球模板上剥离掉，形成碗状壳层纳米阵列。

所述的衬底可以为Al₂O₃、GaN或石英玻璃。