[发明专利]超精细金属三维纳米结构的激光冲击制备方法

说明书

本发明公开了一种超精细金属三维纳米结构的激光冲击制备方法，包括以下步骤：将金属箔片铺设在具有纳米结构的模板上；在金属箔片表面铺设一层涂有石墨的金属箔片，然后盖上透光固体层；采用脉冲激光第1次垂直冲击透光固体层后，在金属箔片表面得到纳米压印图案；将压印有纳米结构的金属箔片铺设在玻片上；在压印有纳米结构的金属箔片表面铺设一层涂有石墨的金属箔片、然后盖上透光固体层；采用脉冲激光2次或者多次垂直冲击上述结构后，即可在金属箔片表面得到超精细金属三维纳米结构。本发明的方法操作要求简单，通过控制激光强度和冲击次数能够精确地减小间隙尺寸，得到超精细金属三维纳米结构，降低生产成本，提高产量。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备领域，具体涉及一种超精细金属三维纳米结构的激光冲击制备方法。

背景技术

具有超小间距的纳米结构的材料因为其优异的物理特性，在显示、成像、传感等领域得到了广泛的应用。如利用具有超小间距的纳米棒阵列制备拉曼增强基底，可以提高生化探测的灵敏度；30-40nm间距的笼状纳米金颗粒被应用在光学相干层析技术中，从而为癌细胞的早期诊断和治疗提供了依据；小于100nm间距的纳米柱结构阵列具有了较高的传感灵敏度和极大的品质因数以及优值系数，可以与现有的数字光处理技术相兼容进而构造具有超小像素的显示屏。然而，目前对于超小间距纳米结构的制备，多采用电子束曝光、离子束刻蚀等昂贵的大型物理设备来加工，这在经济和成本效益方面存在很大的挑战。因此，如何开发全新制备方法来高效地制备具有超小间距的纳米结构是纳米材料制备领域的一个关键核心问题。

发明内容

本发明的目的在于提供超精细金属三维纳米结构的激光冲击制备方法，利用两步激光冲击过程，第1步在金属箔片上压印纳米结构，第2步通过控制脉冲激光能量和激光冲击次数，诱导压印后的纳米结构水平方向面积增大，从而得到超精细纳米级间隙的金属三维纳米结构。

为实现上述目的，本发明提供的一种超精细金属三维纳米结构的激光冲击制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)将金属箔片铺设在具有纳米结构的模板上；

(2)在金属箔片表面铺设一层涂有石墨的金属箔片，然后盖上透光固体层；

(3)采用脉冲激光第1次垂直冲击透光固体层后，在金属箔片表面得到纳米压印图案；

(4)将压印有纳米结构的金属箔片铺设在玻片上；

(5)在压印有纳米结构的金属箔片表面铺设一层涂有石墨的金属箔片、然后盖上透光固体层；

(6)采用脉冲激光第2次垂直冲击透光固体层后，直接剥离透光固体层、涂有石墨的金属箔片，即可在金属箔片表面得到超精细金属三维纳米结构；或者，

在不破坏结构的前提下，多次冲击具有纳米压印图案的金属箔片，即可在金属箔片表面得到纳米级间隙尺寸的超精细金属三维纳米结构。

作为优选方案，所述步骤(1)中，金属箔片为两面光滑的铝箔、金箔、铜箔，厚度为1μm-1mm或沉积有大于10nm厚度金属的箔片中任一种；所述纳米结构为条形、圆柱或圆孔结构中任一种。

进一步地，所述步骤(2)中，金属箔片的厚度为1μm-1mm；所述金属箔片为金箔、铜箔或铝箔中任一种；所述透光固体层为玻璃，厚度为0.5mm-3cm。

更进一步地，所述步骤(3)中，脉冲宽度小于100ns，激光功率密度大于0.1GW/cm²。

更进一步地，所述步骤(6)中，输出能量大于1mJ。

更进一步地，所述步骤(1)中，沉积有大于10nm厚度金属的箔片即在1μm-1mm厚的铝箔、金箔、铜箔中任一种表面沉积大于10nm厚的金属。

更进一步地，所述沉积的金属为铝、金、银或铜。