[发明专利]一种包覆银纳米粒子的银纳米锥阵列以及制备方法

说明书

本发明涉及纳米材料制备领域，尤其是一种包覆银纳米粒子的银纳米锥阵列以及制备方法，其中，本发明提供的一种包覆银纳米粒子的银纳米锥阵列包括由多个阵列排布在基底上的银纳米锥，所述银纳米锥包括聚丙烯酸锥心和银膜表层，所述聚丙烯酸锥心包覆银纳米粒子。本发明提供的包覆银纳米粒子的银纳米锥阵列，其银纳米锥阵列的表面传导型等离子体共振和银纳米锥内部银纳米粒子的局部表面等离子体共振可以同时耦合入射光子，不仅实现金属纳米颗粒与金属微纳米阵列结构的结合，还可通过优化银纳米锥的高度与底部直径的长径比以优化耦合效应，同时，本发明的银纳米粒子与银纳米锥阵列之间的结构以及结合为实现等离子体增强传感器提供了有效设计和新思路。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备领域，尤其是一种包覆银纳米粒子的银纳米锥阵列以及制备方法。

背景技术

当入射光波照射在金属微纳阵列结构表面时，入射光波可以在金属与介质交界面处激发出具有强激发的表面等离子体(SPs，Surface Plasmons)，从而显著改变金属表面的反射特性，增强金属表面局部近场光波，并调制表面共振波场。表面等离子体共振(SPR，Surface Plasmon Resonance)是指金属纳米结构中传导电子的集体振荡，SPR的强度和峰位都强烈依赖于纳米结构的尺寸、形状和组成，以及周围环境的介电性能等参数。随着纳米光学和光子学的发展，微纳功能结构的SPs与SPR的研究均受到了广泛关注。

微纳功能结构的SPs可分为两种类型:表面等离子体激元(SPPs，Surface PlasmonPolaritons)和局部表面等离子体共振(LSPR，Localized Surface Plasmon Resonance)。SPPs是指在金属薄膜表面传播的电荷振荡，SPPs不能通过自由空间辐射激发，需要动量匹配；LSPR与SPPs相反，当金属纳米结构的尺寸小于入射光的波长时，金属纳米结构中表面电子发生集体振荡但不传播。SPPs通过周围介质的折射率调制以转导信号；而LSPR强烈依赖于周围介质的折射率，这为比色等离子传感器提供了基础；因此，未来等离子体增强传感器的成功直接取决于等离子体材料或者其结构之间的有效设计和新方法的开发，同时，金属纳米粒子与金属微纳阵列结构的结合针对同时研究金属纳米粒子阵列的LSPR效应和金属微纳阵列结构的SPPs效应具有正向引导效果。因此，开发利用金属纳米粒子和金属微纳米阵列结构结合以制备新型等离子体材料或者结构的新方法至关重要。

发明内容

针对现有技术中的不足与实际应用的需求，第一方面，本发明提供了一种包覆银纳米粒子的银纳米锥阵列，所述的包覆银纳米粒子的银纳米锥阵列包括多个阵列排布在基底上的银纳米锥，所述银纳米锥包括聚丙烯酸锥心和银膜表层，所述聚丙烯酸锥心包覆银纳米粒子。本发明所提供的包覆银纳米粒子的银纳米锥阵列，其银纳米锥阵列的表面传导型等离子体共振(SPPs)和银纳米锥内部银纳米粒子的局部表面等离子体共振(LSPR)可以同时耦合入射光子，不仅实现金属纳米颗粒与金属微纳米阵列结构的结合，还可通过优化银纳米锥的高度与底部直径的长径比，更好地实现银纳米锥阵列的SPPs和银纳米锥内部银纳米粒子的LSPR之间的耦合效应，同时，本发明的银纳米粒子与银纳米锥阵列之间的结构以及两者的结合为实现等离子体增强传感器提供了有效设计和新思路。

第二方面，本发明还提供了一种包覆银纳米粒子的银纳米锥阵列的制备方法，所述包覆银纳米粒子的银纳米锥阵列的制备方法用于制备本发明第一方面所述的包覆银纳米粒子的银纳米锥阵列，所述包覆银纳米粒子的银纳米锥阵列的制备方法包括如下步骤：提供基底，在所述基底上利用聚丙烯酸制备聚丙烯酸膜层；利用聚苯乙烯纳米球组装聚苯乙烯纳米球阵列排布层；将聚苯乙烯纳米球阵列排布层转移至聚丙烯酸膜层背离所述基底一侧；完全蚀刻所述聚丙烯酸膜层上的所述聚苯乙烯纳米球阵列排布层，获得聚丙烯酸锥阵列；将所述聚丙烯酸锥阵列置入硝酸银溶液中置换银离子；使用紫外线照射包覆有银离子的聚丙烯酸锥阵列，获得聚丙烯酸锥心阵列；在所述聚丙烯酸锥心阵列上沉积银膜表层，获得所述包覆银纳米粒子的银纳米锥阵列。本发明采用胶体刻蚀、离子交换、离子原位还原、金属沉积等方法相结合制备出了包覆银纳米粒子的银纳米锥阵列，制备工艺流程简单，适用范围广。