[发明专利]月牙形金属纳米结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属纳米结构领域，具体涉及月牙形纳米结构的制备方法。

背景技术

近年来，金属（特别是贵金属金、银、铜等）表面自由电子集体激发所产生的表面等离子体使金属阵列、颗粒具有独有光学性质和化学性能。而表面增强拉曼散射与颗粒大小、形状、颗粒所处环境等因素有关，实验证明，结构中的纳米尖端不仅扩大了增强范围，还增加了散射强度。因此，与取决于内部偶联效果的球形纳米颗粒的表面增强拉曼散射基底相比，月牙形金属颗粒基底的每个颗粒拥有独立表面增强拉曼效应，使局部拉曼强度增强效果比球形的更强。

现有的月牙形纳米结构的制备，一般是通过“自上而下”或“自下而上”工艺来制备。这些制备工艺大多成本较高，效率较低，而且多受限于光刻分辨率的大小等因素，难以实现具有重复性好、大面积热点的月牙形金属纳米结构的可控制备。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种通用性强、适应性广、兼容性好、效率高、成本低且能为研究月牙形金属纳米结构提供便利的月牙形金属纳米结构的全新制备方法。

为解决上述技术问题，本发明在一个总的发明构思下，提供三种月牙形金属纳米结构（月牙形金属纳米盘阵列、硅柱支撑的月牙形金属纳米结构阵列和离散的月牙形金属颗粒）的制备方法。

一种月牙形金属纳米盘阵列的制备方法，包括以下步骤：

（1）制备单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列：先配置聚苯乙烯纳米球悬浮液体系，将所述聚苯乙烯纳米球悬浮液体系旋涂于一硅片表面，在所述硅片表面形成单层有序聚苯乙烯纳米球致密排列；优选地，所述聚苯乙烯纳米球悬浮液体系的溶剂为乙醇或/和去离子水，纳米球与所述溶剂的体积比为5%～40%；所述聚苯乙烯纳米球的平均粒径为10nm～5000nm，单分散性小于5%；所述硅片为（111）晶向、（110）晶向或（100）晶向硅片；

（2）制备单层有序聚苯乙烯纳米球非致密排列：利用感应耦合等离子体刻蚀法将所述致密排列的聚苯乙烯纳米球刻小，在硅片表面得到单层有序聚苯乙烯纳米球非致密排列；

（3）沉积金属：利用真空蒸镀法或磁控溅射法在所述单层有序聚苯乙烯纳米球非致密排列上沉积一层金属膜，所述金属膜的厚度不超过所述单层有序非致密排列的聚苯乙烯纳米球的高度的1/2；

（4）制备金属纳米圆孔阵列：用胶带粘除硅片表面的聚苯乙烯纳米球，再将粘除后残留的聚苯乙烯纳米球进行二氯甲烷超声清洗溶解，然后用感应耦合等离子体刻蚀法清洗硅片表面，去除残留的聚苯乙烯纳米球，得到二维有序的金属纳米圆孔阵列；

（5）制备复合材质的月牙形掩模孔阵列：利用表面活性剂对步骤（4）得到的金属纳米圆孔阵列表面进行处理（增加纳米球与硅片表面的结合力，使二者更加紧密），再次配制纳米球悬浮液体系，使所述纳米球的平均粒径为所述步骤（1）中聚苯乙烯纳米球的平均粒径的30%～80%，将所述纳米球悬浮液体系旋涂于经表面处理的金属纳米圆孔阵列表面，利用纳米孔的限域沉积作用，使纳米球均匀嵌于金属纳米圆孔阵列中，形成月牙形取向无序、嵌入式的复合材质的月牙形掩模孔阵列；优选地，所述纳米球为聚苯乙烯纳米球、聚甲基丙烯酸甲酯纳米球或者二氧化硅纳米球，且每种纳米球的平均粒径均为4nm～4000nm，单分散性均小于5%，所述纳米球悬浮液体系的溶剂为乙醇或/和去离子水，纳米球与溶剂的体积比为步骤（1）的所述体积比的1/3～1/2； 

（6）制备复合金属孔阵列：以所述的月牙形掩模孔阵列为掩模，利用真空蒸镀法在硅片表面再次沉积金属膜，金属膜的沉积总厚度不超过第二次旋涂的纳米球的高度的1/2，然后用胶带粘去纳米球，再用去离子水超声处理粘除后残余的纳米球，得到复合金属孔阵列；

（7）制备月牙形金属纳米盘阵列：用举离法除去所述复合金属孔阵列上的首次沉积的金属膜，得到月牙形取向无序、且阵列周期等于所述步骤（1）中聚苯乙烯纳米球粒径的月牙形金属纳米盘阵列。

作为对上述制备方法的优化，所述步骤（1）中，旋涂时的转速为1500rpm～6000rpm，旋转时间为1min～20min；所述步骤（5）中，旋涂时的转速为1000rpm～6000rpm，旋转时间为1min～20min。