[发明专利]一种制备均匀金纳米颗粒薄膜的方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体是一种大面积制备均匀金纳米颗粒薄膜的方法。

背景技术

近年米，金纳米颗粒薄膜由于其独特的光学、电子学和催化性能而在生物学、医学、光学、催化和纳米电子学等领域引起了广泛的兴趣。金纳米颗粒薄膜之所以表现出这些奇特的特性与附着在薄膜上的纳米颗粒性质有关，尤其与金属纳米材料光学性质有关。金属纳米颗粒在外界入射光的激励下将会产生表面等离子体激元。表面等离子体激元是光与金属或半导体材料表面的自由电子之间的相互作用形成的一种电磁波传输模式。这种电磁波模式可将电磁波局域在亚波长的范围内形成共振和传输，电磁波在纳米表面形成极高的光学局域效应。当入射电磁波照射到具有纳米尺度的金属纳米颗粒表面时，入射电磁波中的电场成分与纳米颗粒表面的自由电荷形成强烈地相互作用，光场增强的幅度可达10³-10⁷倍。对于太阳能领域，金纳米颗粒薄膜可提高入射光在光伏材料中的作用强度，增加入射光在材料中的传输距离，从而促进光伏材料对入射光的吸收，提高太阳能电池的效率。对于生物传感领域，金纳米颗粒薄膜通过表面等离子体增强效应增加被探测材料附近的光场强度，进而提高探测材料的信号强度等。此外，金属纳米颗粒薄膜还可在光电调制器、发光二极管、催化反应等领域得到广泛的应用。

金纳米颗粒可根据不同微观特性，如颗粒的体积、形状、组装结构以及颗粒之间的耦合状态的不同而具有不同的性质。通过金纳米颗粒排列方式的选择及沉积密度的不同，可实现金纳米材料表面等离子体共振谐振峰的蓝移或红移。另一方面，各个领域的应用对金纳米颗粒薄膜的微观结构又有着各不相同的要求，因此制备多种结构、不同沉积密度的金纳米颗粒薄膜是纳米材料制备领域不可或缺的关键技术之一。

发明内容

技术问题：本发明的目的是克服已有技术的不足，提供一种制备均匀金纳米颗粒薄膜的方法。利用金属纳米颗粒在特殊化学溶液中的自组装行为，通过多种方式调节金纳米颗粒的微观形貌和沉积密度，实现大面积均匀制备金纳米颗粒薄膜。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供一种制备均匀金纳米颗粒薄膜的方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：制备含有金纳米颗粒的纳米溶液；

步骤2：配置含有聚乙烯吡咯烷酮和抗坏血酸的溶液；

步骤3：插入基片材料进行自组装沉积，沉积完成后，在基片材料上将自主装一层金纳米颗粒薄膜。

优选的，步骤1中：

采用种子生长法、抗坏血酸还原法、柠檬酸钠法、硼氢化钠法、电化学法、光化学还原法、声化学合成法中的任一种方法制备含有金纳米颗粒的纳米溶液；

纳米溶液中的纳米颗粒根据各类方法中反应物材料的浓度及制备条件米制备出各种不同形状和尺寸的金纳米颗粒。

优选的，步骤2中，配置含有聚乙烯吡咯烷酮和抗坏血酸的溶液的方法为：

在含有金纳米颗粒的纳米溶液中添加聚乙烯吡咯烷酮和抗坏血酸这两种化学物质，添加的聚乙烯基吡咯烷酮浓度为0.01摩尔每升到0.5摩尔每升，添加的抗坏血酸的浓度为0.005摩尔每升到0.6摩尔每升；通过添加聚乙烯基吡咯烷酮和抗坏血酸，纳米颗粒将实现表面能的改性，促成纳米颗粒表面能与沉积基片的匹配。

优选的，步骤3中，插入基片材料进行自组装沉积时，

用洁净的基片材料垂直插入到添加聚乙烯基吡咯烷酮和抗坏血酸后的溶液中，此时金纳米颗粒将发生自组装行为，自发地沉积在基片材料的表面，实现均匀金纳米颗粒薄膜的制备。

优选的，金纳米颗粒为纳米球或纳米棒或纳米碟或纳米方块或纳米花状的纳米结构，尺寸大小为1纳米到200纳米。

优选的，基片材料为抛光硅片、金属、玻璃、石英片、透明导电玻璃复合材料中的任一种。

有益效果：

1、这种大面积制备均匀金纳米颗粒薄膜的方法，是采用含有金纳米颗粒的溶液作为纳米颗粒薄膜制备原材料，这种液态制备过程包含多种制备方法，各种制备方法制备的纳米颗粒具有尺寸、形貌的多样性。因此采用这种制备大面积均匀金纳米颗粒薄膜的方法，被沉积的金纳米颗粒尺寸、形貌也将不会受到约束，可以制备出不同形貌要求的金纳米颗粒薄膜。

2、这种大面积制备均匀金纳米颗粒薄膜的方法，通过控制溶液中金纳米颗粒的浓度、添加化学物质的量、沉积时间等因素来调节金纳米颗粒薄膜中纳米颗粒的沉积速度和最终沉积密度。因此可以通过这些因素可以方便地制备不同沉积密度要求的金纳米颗粒薄膜。