[发明专利]一种上转换荧光增强衬底及其制备方法

说明书

本发明公开了一种上转换荧光增强衬底及其制备方法，涉及纳米材料制备领域，所述上转换荧光增强衬底包括基板，所述基板具备晶体结构刚性；制备于所述基板上的铜纳米颗粒阵列，所述铜纳米颗粒阵列呈岛状分布；制备于所述铜纳米颗粒阵列上的二氧化钛薄膜，所述二氧化钛薄膜为多晶结构。本发明公开的上转换荧光增强衬底及其制备方法，是基于铜纳米颗粒LSPR效应，并使用二氧化钛调控其吸收峰位置。从而使其LSPR吸收移动至700‑1050nm，从而实现步骤简单，成本低廉，效果显著的上转换荧光增强衬底制备。本发明公开的上转换荧光增强衬底及其制备方法还可以与半导体加工工艺相结合，其制备的上转换荧光增强衬底可应用于光电器件表面光学改性，也可应用于荧光检测中。

技术领域

本发明涉及纳米材料制备领域，尤其涉及一种上转换荧光增强衬底及其制备方法。

背景技术

稀土离子掺杂的氟化物，如NaGdF₄，NaYF₄等材料，能够将近红外光转换至可见区域，其在固体激光器，太阳能电池，发光器件，生物医学领域的应用前景广泛，是发光材料研究的前沿领域。但是上转换发光材料本身发光效率较低，不能达到应用所需要求，提升其上转换荧光效率，是其研究中极为重要的一环。

金属纳米颗粒产生的局域表面等离子共振效应，能够在金属纳米颗粒周围产生强烈的局域电磁场，通过散射增强等光电耦合效果，提升近场环境中发光材料的荧光效率。在近些年的研究中，金和银纳米颗粒，作为传统荧光增强材料，被广泛报道。但是由于其高昂的价格，使荧光增强应用的成本高居不下。

因此，使用更加廉价且效果优异的上转换荧光增强衬底，可以降低上转化荧光系统的成本，增强其性能，对上转换的基础和应用研究具有重要价值。铜纳米颗粒，本身不具备红外区间的LSPR吸收，通过高折射率介质的环境极化增强效应，其电子共振能量可以有效降低，促使LSPR响应红移至上转换激发区间。同时增强其吸收和电磁场强度，从而实现对上转换荧光效果的增强。

发明内容

本发明的目的在于提供一种上转换荧光增强衬底及其制备方法，本发明提出了结合铜纳米颗粒LSPR的上转换荧光增强衬底制备方法，利用铜纳米颗粒LSPR的性质，配合二氧化钛实现对其LSPR吸收峰调控，从而制备符合上转换荧光增强需要的衬底。本发明提供的制备方法，制作简单，成本低廉，效果显著且稳定性好，尤其适合激发波长在700-1000nm的上转换荧光增强。

为实现上述目的，本发明提供了一种上转换荧光增强衬底，包括：

基板，所述基板具备晶体结构刚性；

制备于所述基板上的铜纳米颗粒阵列，所述铜纳米颗粒阵列由铜纳米颗粒组成，所述铜纳米颗粒阵列呈岛状分布；

制备于所述铜纳米颗粒阵列上的二氧化钛薄膜，所述二氧化钛薄膜为多晶结构。

进一步地，所述基板的材质为石英、刚玉、碳化硅或氮化镓。

进一步地，所述铜纳米颗粒的直径为10～200nm，其高度为5～150nm，密度为10⁷～10¹¹/cm²，形状为半球形。

进一步地，所述二氧化钛薄膜的厚度为2～240nm。

进一步地，在波长范围700～1050nm之间具备表面等离激元吸收特征峰。

本发明还提供了一种上转换荧光增强衬底的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

步骤1、对基片材料进行表面清洁；

步骤2、使用物理气相淀积制备铜薄膜；

步骤3、将所述铜薄膜在真空条件或保护气氛下进行第一次退火处理，

制备得到铜纳米颗粒阵列；