[发明专利]银三角环纳米颗粒阵列/单层石墨烯薄膜复合材料及其制备方法

说明书

本发明公开了一种银三角环纳米颗粒阵列/单层石墨烯薄膜复合材料及其制备方法，其步骤为：在铜箔上生长单层石墨烯膜；其次，组装单层PS球模板并将其转移至附有单层石墨烯的铜箔上；然后，利用热蒸发沉积银，沉积过程中样品保持匀速转动；最后，去除PS球即可获得单层石墨烯膜上的银三角环纳米颗粒阵列。本发明在单层石墨烯上可控生长银纳米环颗粒阵列，结合了银纳米环阵列和单层石墨烯各自优势及二者的协同作用，有优异的SERS性能，同时是在生长石墨烯的铜箔上原位合成的，避免了石墨烯的破损，保证了其完整性和洁净性。

技术领域

本发明属于石墨烯基复合纳米材料的制备领域，特别涉及一种银三角环纳米颗粒阵列/单层石墨烯薄膜复合材料及其制备方法。

背景技术

石墨烯是一种新型碳纳米材料，拥有独特的物理化学性质，应用前景十分广阔。石墨烯的二维平面为构筑器件提供了很好的平台，与其它材料复合后的协同作用能进一步提高器件性能。由于在传感、催化、光电子等领域具有巨大应用潜力，石墨烯基复合材料引起广泛的研究兴趣。比如表面增强Raman散射（SERS）检测，石墨烯与贵金属纳米复合结构能充分利用石墨烯本身的化学增强和贵金属大的物理增强、以及石墨烯大的比表面和强吸附能力，从而提高检测分子的浓度极限。

化学液相法合成的微米级氧化石墨烯片及其复合材料得到了广泛研究，但是，氧化石墨烯上生长的颗粒是杂乱无章的，且复合材料干燥后一般呈粉体状，影响了SERS等一些应用。目前，CVD（化学气相沉积）工艺制备连续石墨烯薄膜已经成熟，为发挥石墨烯材料的优势提供了很好的选择。然而，人们使用这种石墨烯薄膜制备复合材料或器件的方式通常是采用转移法，即将其转移到其它衬底（比如硅片、一些纳米结构等）上，在转移过程中不可避免的给石墨烯造成污染和破坏，降低器件性能。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在单层石墨烯膜上原位可控生长三角环银纳米颗粒阵列及其方法。

实现本发明目的的技术方案是：一种银三角环纳米颗粒阵列/单层石墨烯薄膜复合材料及其制备方法，主要步骤如下：

（1）在铜箔上CVD生长单层石墨烯薄膜；

（2）在载玻片上制备单层PS球胶体薄膜；

（3）将单层PS球胶体薄膜转移至生长有石墨烯膜薄膜的铜箔上，获取单层PS球模板/石墨烯膜/铜箔；

（4）在单层PS球模板/石墨烯膜/ 铜箔上采用热蒸发沉积银，沉积过程中样品保持匀速转动；

（5）去除沉积银后的PS球模板，即可获得所述的银三角环纳米颗粒阵列/单层石墨烯薄膜复合材料。

较佳的，采用常压CVD，以铜箔作为衬底和催化剂生长单层石墨烯薄膜。

具体的，首先在氢气和氩气混合气氛中退火去除铜箔表面氧化层，然后通入甲烷，采用CVD生长单层石墨烯薄膜，最后在氩气保护下冷却至室温。

较佳的，采用气-液-固相界面自组装方法在载玻片上制备单层PS球胶体薄膜。

具体的，将PS球（直径1 μm）悬浮液（2.5 wt%）和乙醇按体积比1:1超声均匀混合，取洁净载玻片，在载玻片上采用气-液-固相界面自组装方法制备单层PS球胶体薄膜。

较佳的，将载有单层PS球胶体薄膜的载玻片缓慢以45^°浸入水中，将单层PS球胶体薄膜转移至生长有石墨烯膜薄膜的铜箔上，获得单层PS球模板/石墨烯膜/铜箔。

较佳的，对获取的单层PS球模板/石墨烯膜/铜箔采用恒温箱进行加热处理以改变球间三角缝隙尺寸。

具体的，加热处理温度为110℃，时间20min。

较佳的，采用热蒸发法沉积银，沉积厚度为100 nm。