[发明专利]利用PS微球为模板在金属表面构筑银膜陷阱结构的方法

说明书

技术领域

    本发明涉及一种在金属表面构筑银膜陷阱结构的方法，具体涉及一种利用PS微球为模板在金属表面构筑银膜陷阱结构的方法。

背景技术

银膜陷阱结构，通俗地讲就是在金属银薄膜表面所构筑出的纳米级多孔结构，即所谓的纳米孔阵列结构。利用金属纳米孔阵列结构能够有效激发并调节金属表面等离子体共振（SPR）现象，从而激发出一些特殊的光学效应，诸如超强光透射效应（EOT）、表面拉曼增强效应（SERS）、表面增强荧光效应（SEFS），可以在生化检测传感器、纳米光学器件以及太阳能电池等方面发挥应用。

目前，关于不同形貌金属纳米孔阵列的制备工艺很多，主要可分为刻蚀法和模板法。其中，刻蚀法中比较有代表性的有聚焦离子束刻蚀（FIB）和电子束刻蚀（EBL），它主要是利用高能离子束或电子束直接在样品表面刻蚀出所需要的孔洞结构。采用刻蚀法制备纳米孔阵列结构具有重现性好、并能很好地控制纳米孔的大小和形貌等优势，在光学分析材料和生物传感器的制备中发挥了重要的作用。但是该方法也存在着对设备要求苛刻、成本高、刻蚀时间长的缺点，限制了其在大规模制备纳米孔阵列中的应用。采用模板法制备金属纳米孔阵列，主要是利用具有一定周期排列和形貌的纳米球或图案化的聚合物掩膜作模板，通过一定的沉积技术或刻蚀方法在模板空隙沉积金属或进行刻蚀并除去模板，最终得到具有一定形貌、尺寸和周期排列的纳米孔结构。其中，模板法比较常用的是纳米球刻蚀技术（NSL）和纳米压印技术（NIL）。模板法工艺简单，大大提高了样品表面孔隙率且造价相对低廉，在一定程度上弥补了刻蚀法在纳米孔阵列制备方面的不足，但该方法同时也存在着需要事先对模板的形貌和尺寸进行系统的研究和设计、消耗时间长等问题，在实践中亟需寻找一种方便、快捷的模板制备方法以提高生产效率。

另外，化学溶液腐蚀的方法也有出现，将镀银铝合金样片在酸性电解液中进行阳极氧化处理，在样片表面形成多孔结构，然后利用化学溶液腐蚀的方法增大孔的口径，再在孔的内表面溅射一层导电性好的金或银，最终形成纳米孔阵列结构。使用电化学腐蚀的方法在样片表面刻蚀出多孔结构，相对于采用高能离子束或电子束刻蚀，具有设备简单，成本低，实施方便等优势。但电化学腐蚀往往是沿着被腐蚀材料的晶界表面进行，而一般的金属材料本身都是各向异性的，故采用该方法刻蚀出来的纳米孔阵列结构也将表现出各向异性，不能很好控制所形成纳米孔阵列结构的尺寸和分布均匀性。

依次通过超声清洗、旋转涂胶、烘烤、曝光、烘烤、显影处理以及刻蚀液刻蚀等操作，也可实现微波部件表面规则纳米孔阵列结构的构筑，但该方法采用图案化的光刻胶作模板对微波部件进行选择性刻蚀，操作程序较多，且刻蚀过程同样不可控，不能很好控制所形成纳米孔阵列结构的尺寸。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用PS微球为模板在金属表面构筑银膜陷阱结构的方法，能有效提高金属表面的孔隙率和深宽比，可用于抑制金属表面二次电子发射。

本发明所采用的技术方案是：

利用PS微球为模板在金属表面构筑银膜陷阱结构的方法，其特征在于：

由以下步骤实现：

步骤一：称取PS微球，将其加入无水乙醇-水混合溶液中，超声分散30min后制得PS微球分散液；然后，取两块金属样片固定于40×25mm的称量瓶中，加入配制好的PS微球分散液至恰好淹没样片；最后，将整个装置置于烘箱中待液体蒸发干，取出样片，使用蒸馏水冲洗干净后100℃烘干，即得表面负载有PS微球的样片；

步骤二：将表面负载有PS微球的样片作为工作电极，接于恒压稳流电源的阴极；另取等面积的银箔作为牺牲电极，接于恒压稳流电源的阳极，在恒压条件下进行镀银；镀银完毕后，采用有机溶剂对样片进行腐蚀处理，然后清洗、干燥，即可在金属样片表面构筑出银膜陷阱结构。

步骤一中， PS微球的直径为500nm，PS微球分散液的质量浓度为0.01%-0.05%。

步骤一中，无水乙醇-水混合溶液中无水乙醇与去离子水的体积比为3:7-10:0。

步骤一中，金属样片的尺寸为24×12×1mm，两块样片沿12mm的边对接，并呈90°，夹角固定于40×25mm的称量瓶中。

步骤一中，烘箱的蒸发温度为25-85℃。

步骤二中，采用0.5-1.0V的沉积电压进行镀银，镀银时间为10-20min，间隔10min后，进行第二次镀银，第二次镀银时间为0-20min，镀银的电解液为硝酸银的无水乙醇-水溶液，硝酸银的质量浓度为1.16g/L，无水乙醇与去离子水的体积比为1:1-4:1。