[发明专利]一种基于金银纳米砖的可控微纳阵列的构建方法及其应用

说明书

本发明公开了一种基于金银纳米砖的可控微纳阵列的构建方法及其应用，所述方法由基于聚合物的配体修饰方法来调控核壳结构的金银双金属纳米砖，实现纳米砖的均匀间距组装线性阵列结构排布。利用基于两步法的PDMS微纳条纹制备技术，自上而下的引导金银纳米砖在微纳条纹中组装成为均匀有序的阵列结构，可制备单个纳米砖宽度(70nm)和多个纳米砖宽度(150nm)的宏观大面积有序阵列。本发明的基于金银纳米砖的可控微纳阵列具有均匀的纳米粒子间距分布特征，具有高的纳米粒子间电磁场耦合增强系数和均一分布的拉曼增强效应，可对痕量化学分子残留进行高灵敏检测，且检测信号具有均匀性和重复性。

技术领域

本发明属于纳米材料合成与自组装技术领域，具体涉及一种基于金银纳米砖的可控微纳阵列的构建方法及其应用。

背景技术

贵金属纳米粒子展现出不同于宏观材料的小尺寸效应、表面效应和表面等离子体共振(SPR)等光电特性，而且其SPR性能可通过调控金属类型、粒子形貌和尺寸、以及所处环境性质来进行可控性设计，提供了纳米组装材料更广泛的构建单元。在可控合成功能性金属纳米粒子的基础上，如何通过简易而有效的自组装和纳米制造方法，在微观尺度上构建具有特殊阵列结构和功能性可调控的新型纳米粒子组装材料，仍然是纳米新材料领域最具挑战性的难题。同时，通过微纳尺度的可控构筑，可形成具有微观高度有序的结构和宏观独特的光电特性，必将开拓材料在可控光电器件构筑、表面增强拉曼散射(SERS)检测等领域的重大应用前景。

然而，微纳米尺度的贵金属纳米粒子构筑过程中，存在诸多微观尺度的复杂相互作用，如范德华引力、空间位阻、静电以及偶极-偶极相互作用力等。前期研究表明仅利用物理方法(电磁场引导、流体拖曳力等)很难形成大面积有序排列，而且基于光刻或微纳加工的压印技术往往需要复杂的制造程序和图案设计成本，同时条件控制也较为严苛，需要超净室等严格环境来控制最终的纳米组装。因此如何利用功能性贵金属纳米粒子通过简易有效的方法来平衡粒子间的复杂作用力，从而形成稳定的规则阵列结构，是此领域的研究难点之一。

从应用角度来讲，通过贵金属纳米组装结构产生的电磁场增强热点来放大检测信号，可实现特异性标志物的快速、高灵敏、定量化检测。然而，要同时实现SERS增强和信号均匀性仍然难以实现，这需要在可控合成功能性金属纳米粒子的基础上，通过简易而有效的自组装和纳米制造方法，在微观尺度上精确通过配体修饰和组装，构建具有特殊阵列结构和功能性可调控的新型纳米粒子组装材料。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种基于金银纳米砖的可控微纳阵列的构建方法及其应用，克服了通常纳米粒子组装结构中易团聚、有序性不高、只能限制于微米级有序组装等缺点，制备的可控微纳阵列可对痕量化学分子残留进行高灵敏检测，且检测信号具有均匀性和重复性的优势。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于金银纳米砖的可控微纳阵列的构建方法，包括以下步骤：

步骤1)金银双金属核壳结构的纳米砖的可控合成：首先合成金纳米棒，并以金纳米棒为核，通过十六烷基三甲基氯化铵作为配体，在L-抗坏血酸和硝酸银溶液中合成核壳结构的金银纳米砖，并通过改变银离子和抗坏血酸浓度比例来调控纳米砖尺寸；

步骤2)纳米砖的配体置换与聚合物修饰：选用巯基修饰的聚苯乙烯作为柔性配体，置换掉与纳米粒子表面较弱作用的十六烷基三甲基氯化铵，并通过一步法将金银纳米砖从水相转移至氯仿中；

步骤3)聚二甲基硅氧烷微纳条纹制备：将制备好的聚二甲基硅氧烷切割成长方形，然后两端用金属夹将其拉伸，并固定在玻璃基底上，随后放置于氧气等离子体处理机中进行表面固化，之后取出并松开两端金属夹，使其恢复至原长度，通过此过程的拉伸-表面处理固化-收缩过程可形成微纳条纹，最后将处理后的聚二甲基硅氧烷切割成与硅片基底面积相同大小的尺寸；