[发明专利]一种制备磁光玻璃基单层磁等离激元太赫兹传感薄膜的方法

说明书

本发明目的是提供一种制备单层磁等离激元太赫兹传感薄膜的方法。该方法通过制备Fe₃O₄@MoS₂纳米核壳材料并掺杂该材料在石墨烯表面，形成石墨烯Fe₃O₄@MoS₂的纳米复合材料。制备高折射率磁光玻璃并进行表面质量控制和表面亲水性质激活，最后把石墨烯Fe₃O₄@MoS₂的纳米复合材料沉积在磁光玻璃表面进行热处理，以强化表面的键和作用，获得磁等离子太赫兹单层传感薄膜的实现。本发明制作的单层磁等离激元太赫兹传感薄膜利用新材料优良的磁光及太赫兹性能和单层磁等离激元结构，避免多层光耗大、工艺复杂、成本高等缺点，实现高磁光效应和高等离子效应传感，制备方法简单易行，能耗低，环境友好，易于推广。

技术领域

本发明涉及磁等离子传感技术领域，尤其是涉及磁光玻璃基磁等离子太赫兹传感系统的制备方法。

背景技术

随着纳米光子学技术的发展，太赫兹传感、生物芯片等先进领域对等离子纳米材料磁光功能的需求日益迫切，以研究磁性与表面等离激元相互作用的磁等离激元 传感技术受到了前所未有的关注。

磁等离子纳米结构描述电子突破衍射极限在外场激励下的集体振荡，具有局域场增强和对介电环境敏感等性质。传统表面等离激元纳米粒子在浑浊溶液，悬浮细胞和生物组织中有很强的背景吸收和散射，且很多有机聚集体和化合物介电常数相似，致使其光谱不能通过荧光和拉曼等光谱技术有效分离。而磁等离子系统显著增大光和物质相互作用，使表面等离激元纳米粒子在共振腔附近产生强大电场并展现较高磁光活性，强化周围分子和介电环境的表面等离子效应和磁光效应，极大提高传感灵敏度，为磁光检测技术在生物、化学和医学传感应用开辟了全新的途径, 尤其在诊断学，临床医学，生物镜像学，环境检测学等领域 。

目前磁等离子系统应用光谱一般在可见光至中红外， 太赫兹作为近年来极有前景的非破坏性、非离子化、低辐射能量的检测频率，在医学、生物学、药学及安全领域有非凡的潜力。通过研制新材料实现在太赫兹区域的磁等离子传感意义重大。

虽然磁等离子传感系统前景诱人，传统等离子金和多层结构巨大光耗以及磁性晶体的高成本使现有磁等离子系统没有发挥其应有的传感优势。新型磁等离子纳米材料和高折射率基底的设计，复杂结构的简化及太赫兹磁光效应的传感增强等关键科技问题迫切需要解决。

金纳米薄膜的光学损耗、介电常数以及纳米晶界造成的散射已成为高性能太赫兹磁等离子传感的瓶颈，研究新型等离激元材料势在必行。石墨烯是从可见光到太赫兹的优良等离子体材料，具有低损耗、高局域性和宽波段激发等优点, 并能利用化学掺杂裁剪表面传播等离子体获取超强光物质作用，可作为替代金的高性能太赫兹等离激元材料。由于洛伦兹力致使石墨烯表面具有很高磁响应，可作为实现太赫兹磁等离子传感的重要材料。由石墨烯层间范德华力作用产生的强烈团聚缺陷可通过掺杂纳米粒子（如本发明中的Fe₃O₄@ MoS₂纳米核壳）得以消除。

磁性材料是磁等离子传感系统的核心。综合考虑磁光性能和光吸收，Fe₃O₄@MoS₂纳米核壳是磁光波导传感器的首选材料。独特的能带性质使MoS₂在磁光传感领域独具魅力。MoS₂对光二维约束产生的非线性在禁带边缘激发的共振效应也有利于MoS₂的磁等离子性能。太赫兹时域光谱检测表明MoS₂的太赫兹吸收极小。MoS₂的包覆不仅防止纳米Fe₃O₄的团聚、氧化性和腐蚀性，而且为Fe₃O₄开辟了光学性能可控的平台。可以通过裁剪Fe₃O₄@ MoS₂纳米颗粒以及MoS₂包覆厚度等参数增强法拉第效应。