[发明专利]一种全波长局域等离子体谐振传感器及其制备方法

说明书

本发明公开了一种全波长局域等离子体谐振传感器及其制备方法。该传感器为一种铝纳米锥体阵列，所述纳米锥体阵列是由铝片表面的周期排列的凹陷交错形成。本发明通过调整入射角度、锥体三位尺寸，和锥体排列周期的大小，可以获得全波长范围内不同的局域表面等离子体共振峰，按照不同需求应用于高灵敏度的折射率传感、表面增强荧光或者表面增强拉曼散射等。本发明制备技术简单，结构可控，成本低廉，适用于规模化生产。

技术领域

本发明属于传感器技术领域。更具体地，涉及一种在紫外-可见-近红外光区全波长范围内都存在局域等离子谐振峰的传感器及其制备方法。

背景技术

金属纳米颗粒或者阵列基底无需耦合棱镜、光波导或者衍射光栅，即可实现入射光波动量与表面等离子体波的相匹配，在特定波段入射光下，稳定的激发表面等离子体，并将入射光局域在亚波长尺度的区域内，这一现象称为局域等离子体谐振现象，被广泛应用于折射率传感、表面增强荧光、表面增强拉曼散射以及非线性增强领域。到目前为止，局域表面等离子体传感研究大部分集中在金、银等贵金属材料。金是一种很稳定的抗氧化材料，而银虽然相对容易氧化，但是其等离子体谐振峰较窄。金银纳米结构材料由于本身等离子体共振频率的限制，其谐振峰位于可见光和红外光区。但是随着科学研究的进展，局域等离子体谐振折射率传感渴求位于全波长范围内等离子谐振峰的存在，以满足不同应用对波长的要求。

近年来，铝纳米结构的局域等离子体共振愈发吸引人们的目光。铝等离子体本身等离子体共振频率极高，拥有位于紫外至蓝光区的等离子体的共振。这使得更有利于铝等离子体材料应用于表面增强荧光和增强拉曼散射，因为有机分子电子跃迁能量正好位于这一波长范围。此外，相比于贵金属等离子体材料，铝还拥有原料成本低廉，自然界存储量大，易于加工处理，且和互补型金属氧化物半导体材料的加工兼容。因此，铝纳米材料在等离子体谐振领域得以广泛关注。

但是，现有的技术获得的铝等离子体材料，一方面只存在短波长（小于600 nm）范围内的等离子体共振峰，另一方面由于铝材料本身易于氧化等因素，折射率灵敏度比通常的金银材料低三至四倍。这些缺点极大地限制了铝纳米结构在生化传感领域的应用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有铝等离子体材料的缺陷，提供一种拥有全波长范围内局域等离子体谐振峰的铝纳米材料基底用于传感，并实现其结构均一、大面积的制造。

本发明的目的是提供一种全波长局域等离子体谐振传感器。

本发明的另一目的是提供上述全波长局域等离子体谐振传感器的制备方法。

本发明上述目的通过以下技术方案实现：

本发明提供一种全波长局域等离子体谐振传感器，其特征在于，该传感器是一种表面结构为周期排列的纳米锥体阵列的铝膜。所述的纳米锥体为铝膜表面周期排列的平滑凹陷交错形成的。铝膜在有氧环境中会氧化形成一层致密且稳定的氧化膜。所述的纳米锥体阵列的椎体优选为正方形的四角锥，锥体的顶部为凸四方形。

优选的、铝膜表面的纳米锥体阵列或平滑凹陷阵列是四方晶格，三角晶格或六角晶格排列的。

本发明进一步提供了一种上述全波长局域等离子体谐振传感器的制备方法，该方法可实现本传感器结构均一，大面积的制备。具体包括以下步骤：

S1.将表面有周期性凸起的硅模板平行的放置在平坦干净的铝膜表面，施加一定压力，均匀压印出纳米凹坑；

S2.将压印后的铝膜连接在电化学工作站上作为工作电极，在柠檬酸，乙二醇和磷酸混合溶液中，在一定电压下阳极氧化10~50 min，氧化层即随着压印的形状近乎垂直的方向生长；

S3. 用磷酸和铬酸的混合溶液溶解清洗铝片表面的氧化铝后在一定温度下清洗30~60 min，即可获得全波长局域等离子体谐振传感器。