[发明专利]一种表面等离激元纳米钉结构的规模化可控制备方法

说明书

本发明提供了一种表面等离激元纳米钉光电材料的可控制备方法。这种纳米材料的尺寸可控制在亚波长尺度，具有良好的局域表面等离激元共振效应，其光学、电学及力学等特性均可调控。该等离激元纳米钉由两部分组成，分别为银纳米棒或银‑金‑银合金纳米棒和生长在纳米棒上的近似等边三角形纳米银薄片。纳米棒的长度控制在20纳米至30微米之间，直径控制在10纳米至200纳米之间。三角形纳米银薄片的边长控制在20纳米至2微米之间，三角板的尺寸小于等于纳米棒的长度。该等离激元纳米钉光电材料具有光谱可调谐、窄带共振增强效应及高Q值等特性。这些特性使得银纳米钉具有广泛的应用前景。

技术领域

本发明涉及晶体生长、纳米集成光学器件及纳米光电材料领域，特别涉及一种表面等离激元纳米钉光电材料的可控制备方法。

背景技术

随着人们对纳米材料的研究不断加深，例如零维的量子点、一维的纳米线和纳米棒、二维的纳米板以及三维的纳米管等基本单元都有了较为成熟的制备方法，各种纳米材料已经在如光电材料、化学生物传感、催化等多个领域得到了广泛的应用。但单一结构的纳米材料的性能有较大的局限性，在这个科技不断发展的时代，对具有更新颖、性能更好的纳米材料及纳米器件的需求不断增加，制备结构复杂多样的纳米材料已成为纳米科技发展的必然趋势。

目前制造具有复杂结构的纳米器件主要的方法还是“自上而下”(top-down)工艺，这种工艺较为成熟，也可精确控制所制备的器件的尺寸形貌的特性，但实施方法较为复杂，单次只能少量制备无法实现大批量生产，且由于耗能等原因，制备的器件通常非常昂贵。社会发展对纳米材料的需求不断增加，为了更好地满足社会发展的需求，加大纳米材料制备的研究将成为我国现代社会及未来发展的重要内容。化学合成方法属于“自下而上”(bottom-up)的工艺，这种方法可以实现大批量、可控地生产纳米器件，实施方法相对简单，且可大幅降低生产成本，符合纳米科技未来发展的趋势。

等离激元材料是亚波长尺度的先进纳米材料，可突破衍射极限的限制，极大提高光学器件的集成度，已形成了国际上迅猛发展的热点研究领域之一。随着纳米合成与材料加工技术的发展，等离激元材料在表面光电场增强、光谱增强、纳米波导、光催化、生物传感器等诸多领域都有着广阔的应用前景。使用化学方法进一步提高材料制备的效率及对产物形貌和性能的控制，从而获得结构新颖复杂、性能优异的等离激元材料及器件具有迫切需求。

发明内容

技术问题：本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出了一种表面等离激元纳米钉结构的规模化可控制备方法，该化学方法合成步骤简单，重复性好，易于工业化大批量生产，且相比于昂贵的top-down工艺可显著降低生产成本；所制备出的表面等离激元纳米钉光电材料的形貌尺寸均可精确控制，可通过控制十面体核的直径大小来控制生长的纳米棒的粗细，在纳米棒表面缺陷处生长银三角板形成的表面等离激元纳米钉在可见光至近红外波段有更窄的光谱和更强幅度的共振效应，在晶体生长、纳米集成光学器件及纳米光电材料领域具有广阔的应用前景。

技术方案：本发明一种表面等离激元纳米钉结构的规模化可控制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

方法1：主干为银纳米棒的表面等离激元纳米钉的合成：

a.光照诱导生成银十面体核以控制银纳米棒粗细：配制弱还原剂A、光催化剂B、硝酸银和表面活性剂C的混合水溶液，然后向该混合水溶液中快速加入强还原剂D，当加入强还原剂D的溶液由淡黄色变为亮黄色，即大量的银离子被还原成银单质时，加入刻蚀剂E，光照0.1-5h，在E的筛选作用下，各向同性的颗粒被刻蚀成银离子，同时在光的牵引作用下，银离子吸附在十面体表面，生成高产率的银十面体，得到银十面体核水溶液Ⅰ；

b.将得到的银十面体核水溶液Ⅰ化学还原，使银十面体核沿纵轴方向生长成为银纳米棒：将弱还原剂A和表面活性剂C的混合水溶液置于70-120℃条件下加热得具有还原性的溶液，向该溶液中加入银十面体核水溶液Ⅰ，并多次加入硝酸银溶液，被还原的银离子沿着银十面体的纵轴进行多轮生长，得到银纳米棒水溶液Ⅱ；