[发明专利]可复制复杂表面的金属纳米颗粒单分子层制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于在复杂表面上得到金属纳米颗粒单分子层的制备方法，尤其是在复杂表面上得到均匀的金属纳米颗粒单分子层的制备方法，具有复制复杂表面的特性。

背景技术

直径在约1-50纳米(nm)的金属纳米颗粒在半导体工艺、光/磁存储器、电子元器件制造以及催化等方面有着非常广泛的用途。金属纳米颗粒具有独特的光学性质。特别是金属纳米颗粒显示出明显的光学共振，即所谓的表面等离子激元共振。起因在于金属纳米颗粒的传导电子与入射的电磁场之间发生共振耦合。该共振可以由吸收或散射控制，依赖于入射电磁波的波长与纳米颗粒半径之间的比例关系。利用这些特殊的光学性质，可以制备出各种有用的设备或器件。例如，基于表面增强的拉曼散射的光学滤波化学传感器。专利CN 101866961中给出了将金属纳米颗粒直接制备在薄膜硅/晶体硅异质结太阳电池中以增强光吸收。

金属纳米颗粒由多种制备方法：气体蒸发；机械性磨碎；溅射；电子束蒸发；热蒸发；逆胶束技术；激光烧蚀；有机金属化合物的热解等。而实际使用中，需要将金属纳米颗粒均匀覆盖在设备或器件的复杂表面上。但利用上述方法将金属纳米颗粒沉积在复杂表面上时，无法得到一个均匀的金属纳米颗粒的单分子层，出现的不良情况是：复杂表面的局部有大量聚集金属纳米颗粒的存在，而复杂表面的其它部分可能没有覆盖到任何金属纳米颗粒。如果采用先将制备好的金属纳米颗粒配置成胶体或树脂涂层，涂覆在复杂表面，则由于胶体或树脂层的流平性，仍然会出现在凹陷处聚集大量金属纳米颗粒，凸出部分则无法被金属纳米颗粒覆盖。这种非均匀覆盖方式会极大削弱金属纳米颗粒的表面等离子激元效应，使金属纳米颗粒特有的光学性质无法体现。

所以，如何在复杂表面上均匀覆盖一层纳米金属颗粒单分子层，对充分利用纳米金属颗粒的表面等离子激元效应至关重要。

发明内容

本发明目的是为了克服现有技术的不足，提供一种可以在复杂表面制备一层均匀的金属纳米颗粒单分子层的方法，且该方法中的金属纳米颗粒单分子层的密度可控。

本发明为实现上述目的，设计了一种利用有机小分子自组装层作为模板并且流动气体气流辅助喷涂的制备方法，其包括以下步骤：将具有复杂表面的样品放置于真空室内，缓慢旋转的同时，将具有增加表面附着力的有机小分子通过低温熏蒸法沉积在样品表面，形成一层单分子层：含有金属纳米颗粒的有机溶液从样品上方的喷口喷出，沉积在样品表面；同时，在真空室内引入侧向气流，通过调整气流速度，得到沉积密度可控的金属纳米颗粒单分子层；向真空室内缓慢充入气体，取出样品。

具体地说，一种可复制复杂表面的金属纳米颗粒单分子层的制备方法，其特征在于，利用有机小分子自组装层作为模板并且流动气体气流辅助喷涂的方法，制备金属纳米颗粒单分子层，包括以下步骤：将具有复杂表面的样品放置于真空室内，并缓慢旋转，旋转速度为100-500rpm：将具有增加表面附着力的有机小分子材料通过低温熏蒸法沉积在样品表面，形成一层单分子层，该有机小分子可以为有机硅烷，但不限于有机硅烷，只要是本领域常用的能增加表面附着力的有机小分子材料都可以；从样品上方的喷口喷出含有金属纳米颗粒的有机溶液，沉积在样品表面；同时，在真空室内引入侧向气流，调整气流速度为10^-4-10Pa/s，控制金属纳米颗粒单分子层在复杂表面的沉积密度；向真空室内缓慢充入气体，取出样品。真空室的真空度为10^-1-10^-3Pa：通过低温熏蒸增加表面附着力的有机小分子沉积在样品表面，形成一层单分子层的熏蒸温度为320-355开尔文(K)。从样品上方的喷口喷出含有金属纳米颗粒的有机溶液，沉积在样品表面，该步骤中的工艺参数为，含有金属纳米颗粒的有机溶液，摩尔浓度在10^-4-10^-2摩尔/升，有机溶剂为低沸点有机溶剂：喷涂速度，10-100ml/min；喷嘴距离样品表面度度，20-50cm：向真空室内缓慢充入气体，取出样品时，所用气体为高纯氮气。

本发明的优点是：采用利用有机小分子自组装层作为模板并且流动气体气流辅助喷涂的制备方法，并通过严格控制测向气流的流速和气流喷嘴距离样品的高度，克服了不能在复杂表面制备均匀的金属纳米颗粒单分子层的缺点。并且，由于流动气流辅助的特点，可以控制金属纳米颗粒在有机小分子自组装层上的沉积密度。

附图说明

图1是本发明的利用有机小分子自组装层作为模板并且流动气体气流辅助喷涂的制备方法示意图。