[发明专利]一种基于表面等离子激元共振的折射率测试及其制作方法

说明书

本发明公开了一种基于表面等离子激元共振的折射率测试及制作方法，其特征在于：其结合以自组织排列的聚苯乙烯球阵列为模板，通过沉积与去除工艺制备金属微纳结构、介质薄膜层和金属薄膜层的叠层结构，所述叠层结构具有与背景物质折射率相关的表面等离子激元共振峰位，据此可以测试出背景物质的折射率。本发明所公开的基于表面等离子激元共振的折射率测试及制作方法，利用金属微纳结构、介质薄膜层和金属薄膜层所构筑的叠层结构的表面等离子激元共振的特征峰，实现背景氛围物质折射率的低成本、快速、精准测试。

技术领域

本发明涉及微纳结构的制备及微纳光学，属光信息技术领域，特别涉及一种基于表面等离子激元共振的折射率测试及其制作方法。

背景技术

近年来，金属微纳结构及其光学性能的研究引起了极大关注，其在光探测、光电能量转换与储存、化学传感等领域均被证明具有良好的应用前景。其中，基于金属微纳结构阵列而构筑的超表面具有可调制的光学性能，通过调制表面等离子激元共振峰位可以实现宽光谱的理想吸收、也可实现波长可调的窄带吸收。Maiken H.Mikkelsen等在《先进材料》上报道了在金薄膜基底上可控地排列胶体的银纳米块(colloidal Ag nanocubes)，通过在银纳米块与金薄膜基底间引入纳米量级的聚合物隔离层，实现了可见光到近红外波段的可调窄带的完美吸收。Andrea R.Tao等开展了类似的研究工作，通过控制银纳米块阵列的间隙而实现了近红外波段的可调窄带的完美吸收。表面等离子共振的吸收峰位除了与金属材质、尺寸和形状有关外，还与金属纳米结构周围介质的折射率密切相关。基于此，可以利用共振峰位的移动来探测介质层、背景氛围的折射率。Anatoli Ianoul等将银纳米块分散于不同溶剂中，通过测试这些溶液的消光谱可以总结出消光谱峰位与溶剂折射率的关系，进而可以由所测试光谱峰位推算出溶液的折射率；此外，他们还在不同基底上利用自装置技术得到了朗缪尔单层膜，通过测试分析这些被银纳米块覆盖基底的消光谱可以推算出基底的折射率。

发明内容

本发明目的是：克服现有技术存在的不足，解决现有技术中存在的问题，提供一种基于表面等离子激元共振的折射率测试及其制作方法，利用金属微纳结构、介质薄膜层和金属薄膜层构筑的叠层结构所具有的表面等离子激元共振特征峰来实现背景折射率低成本、高准确度、快速测试。

本发明的技术方案为：

一种基于表面等离子激元共振的折射率测试及制作方法，其特征在于：其结合以自组织排列的聚苯乙烯球阵列为模板，通过沉积与去除工艺制备金属微纳结构、介质薄膜层和金属薄膜层的叠层结构，所述叠层结构具有特征的表面等离激元共振峰位，据此可以测试出背景折射率。

优选的，所述基于表面等离子激元共振的折射率测试及制作方法的具体流程如下：1)在清洗干净的玻璃基底沉积50～100纳米的金属薄膜；2)在金属薄膜表面旋涂聚合物薄膜；3)采用微量注射泵往水面注入聚苯乙烯球的水和乙醇的混合溶液，待聚苯乙烯球完全覆盖水面后停止注射并静置12小时；4)将在水面排布好的聚苯乙烯球阵列转移至聚合物/金属薄膜覆盖的玻璃基底上；5)在60℃的氮气氛围下热处理30分钟；6)在氧等离子氛围下刻蚀10～30分钟，使得聚苯乙烯球直径减小；7)再次沉积30～60纳米的金属薄膜；8)化学法去除聚苯乙烯球后，在50℃的氮气氛围下热处理30分钟，得到金属微/纳米孔阵列、聚合物薄膜层和金薄膜层的超表面结构。

优选的，所采用金属为金、银、铝、铂、铑或钌。

优选的，所述金属第一次沉积采用电子束蒸镀、热蒸镀或磁控溅射方法实现；而第二次沉积采用电子束蒸镀方法实现。

优选的，聚苯乙烯球的自组装阵列使用“自下而上”法；而金属微纳结构通过“自上而下”法，用物理法沉积金属和化学法去除聚苯乙烯球得到。

优选的，聚苯乙烯球初始直径为1～3微米，减小后聚苯乙烯球的直径为初始值的50～80％。