[发明专利]二氧化硅单核铋－银双帽状复合纳米粒子及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种二氧化硅单核铋-银双帽状复合纳米粒子及其制备方法。

背景技术

相对于体材料，贵金属银纳米粒子具有许多独特的物理和化学性质，其中表面等离子共振(SPR)特性是研究的热点之一，SPR与粒子大小、形状和所处的环境等因素密切相关。基于表面等离子共振响应，银纳米粒子已广泛应用于光学元件、化学生物传感器、表面增强荧光光谱和表面增强拉曼光谱等方面。目前银纳米粒子的制备方法主要有化学还原法、电极法、沉积法、物理蒸镀法。制备纳米银的结构有胶体(颗粒、线状、三角形状、盘状等)、电极、薄膜、电介质/银核壳结构、帽状银纳米粒子等。

在各种银纳米结构中，帽状纳米粒子由于其自身特殊的几何结构而对光的响应更为敏感，Halas研究小组采用湿化学还原方法结合纳米尺度的掩膜技术制备出了金壳层的杯状及帽状纳米复合粒子，通过对其光学性能的研究发现，在一定偏振条件下，其表面等离子共振所产生的消光系数强烈地依赖于光的入射角度。

国内外已有人采用化学合成法结合物理蒸镀技术制备出了帽状银纳米粒子，然而利用真空热蒸发法蒸镀的银膜在室内放置一段时间易退化，为此，有必要提高其稳定性。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种稳定性高的二氧化硅单核铋-银双帽状复合纳米粒子。

本发明的另一个目的是提供一种上述二氧化硅单核铋-银双帽状复合纳米粒子的制备方法，该方法操作简单，工艺过程易控制，成本低廉，可重复性好，制备的复合粒子具有良好的稳定性。

本发明的一种二氧化硅单核铋-银双帽状复合纳米粒子，是在二氧化硅纳米粒子上有一层铋薄膜，铋薄膜之上有一层银薄膜。

作为优选，所述二氧化硅纳米粒子的直径为200-450nm，所述铋薄膜的厚度为25-40nm，所述银薄膜的厚度为10-30nm。

所述的二氧化硅单核铋-银双帽状复合纳米粒子的制备方法，包括以下步骤：

(1)采用Stber方法制备二氧化硅纳米粒子；

(2)采用自组装技术在石英片表面制备二氧化硅纳米粒子单层阵列；

(3)采用热蒸发法在覆有二氧化硅纳米粒子的石英片表面先后沉积铋薄膜和银薄膜。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

(1)上述采用传统的热蒸发法制备SiO₂单核Bi-Ag双帽结构复合纳米粒子的方法，得到的复合粒子具有良好的化学稳定性，存放一年所得吸收光谱图几乎无变化。

(2)该方法操作简便、成本低廉、可重复性好且易于控制核直径与帽厚度。

(3)半金属铋材料因其高度各向异性的费米表面、低载流子有效质量、高电子迁移率等特点，而具有独特的光学性质和电学性质，广泛应用于超导体、热电材料、量子受限等领域。

(4)铋薄膜的等离子共振峰位于近红外区且具有非常好的稳定性。将铋引入复合纳米粒子可有效提高其稳定性和等离子共振峰的可调谐性。

附图说明

图1是本发明方法制备的石英片上粒径约为450nm的SiO₂纳米粒子自组装膜的扫描电镜照片。

图2是本发明的SiO₂/Bi/Ag核双帽结构复合纳米粒子的扫描电镜照片；其中SiO₂纳米粒子直径为200nm，Bi和Ag薄膜厚度分别为30和10nm。

图3是本发明的核帽结构复合纳米粒子的吸收光谱图；其中SiO₂纳米粒子直径为450nm，帽分别为30nm Bi/20nm Ag、30nm Bi和20nm Ag薄膜。

图4是本发明的SiO₂/Bi/Ag核双帽结构复合纳米粒子的吸收光谱图；其中SiO₂纳米粒子直径为450nm，Ag薄膜厚度为20nm，Bi薄膜厚度为25-40nm不等。

图5是本发明的SiO₂/Bi/Ag核双帽结构复合纳米粒子的吸收光谱图：其中SiO₂纳米粒子直径为200-450nm不等，Bi和Ag薄膜厚度分别为30和10nm。

具体实施方式

实施例

1)先将30mL无水乙醇，5mL水和3mL氨水在磁力搅拌下混合均匀，然后逐滴加入1.7mL正硅酸乙酯，混合溶液逐渐呈乳白色浑浊，持续搅拌10h后加入20μL硅烷偶联剂APTES对SiO₂胶体进行表面改性。静置12h后，将混合溶液离心洗涤并重新分散于酒精数次以除去剩余反应物。