[发明专利]银纳米颗粒组装的空腔结构阵列及其制备方法和用途

权利要求书

1.一种银纳米颗粒组装的空腔结构阵列的制备方法，其特征在于，该空腔结构阵列为两层及以上多孔薄膜(1)的叠加，所述多孔薄膜(1)附着在金膜(2)的表面，所述金膜(2)铺设在导电衬底(3)的表面，所述多孔薄膜(1)由空腔结构单元紧密排列得到，所述空腔结构单元为内径500-5000nm、内径标准偏差小于5％的带有空腔(4)的圆形壳体，相邻空腔结构单元的壳体相互抵靠且抵靠处有直径为50-1000nm圆形孔洞(6)使得相邻的空腔结构单元之间彼此连通，在最外层多孔薄膜(1)的空腔结构单元上远离金膜(2)的一侧均分布有一个接近圆形的贯穿壳体的圆孔(5)，所述圆孔(5)的直径为200-4000nm且小于空腔结构单元的内径，所述空腔结构单元由银纳米颗粒堆砌组装而成，所述银纳米颗粒为直径10-200nm的近似球形颗粒；

其制备方法包括如下步骤：

S1、按照硝酸银粉末、柠檬酸粉末、乙二胺四乙酸粉末、亚硫酸钠粉末、磷酸氢二钾粉末和水的重量比为(0.05-0.15):(0.5-1.5):(0.03-0.11):(0.25-0.75):(0.1-0.3):(45-55)的比例称量各组分，将硝酸银粉末、柠檬酸粉末、乙二胺四乙酸粉末、亚硫酸钠粉末和磷酸氢二钾粉末依次溶解于水中，得到混合液，再将混合液充分搅拌，得到电解液；

S2、利用离子溅射仪，在导电衬底(3)上溅射15-30nm厚的金膜(2)，制得覆有金膜(2)的导电衬底(3)，利用液面自组装法制备直径为500-5000nm的单层聚苯乙烯微球晶体模板，同一批次的聚苯乙烯微球直径高度一致且相对标准偏差小于5％，再利用液面转移的方法将聚苯乙烯微球晶体模板转移至导电衬底(3)的金膜(2)上，然后将覆有金膜(2)和聚苯乙烯微球晶体模板的导电衬底(3)放入105-115℃的烘箱内，15min后取出，制得依次覆有金膜(2)和单层聚苯乙烯微球晶体模板的导电衬底(3)；重复上述液面自组装法制备聚苯乙烯微球晶体模板至烘箱中烘干的步骤1次以上，制得依次覆有金膜(2)和两层及以上聚苯乙烯微球晶体模板的导电衬底(3)；

S3、将步骤S2制得的覆有金膜(2)和聚苯乙烯微球晶体模板的导电衬底(3)作为阴极，将石墨片作为阳极，一起置于室温的电解液中，于电流密度为50-120μA/cm²的恒定电流下电沉积5-50min，在聚苯乙烯微球晶体模板阵列的间隙内电沉积银纳米颗粒，使用化学腐蚀的方法去除聚苯乙烯微球晶体模板，再将去除聚苯乙烯微球晶体模板后的空腔结构阵列进行清洗，即得到银纳米颗粒组装的空腔结构阵列；

其中，步骤S1、S2不分先后顺序。

2.根据权利要求1所述的银纳米颗粒组装的空腔结构阵列的制备方法，其特征在于，所述空腔结构单元的内壁粗糙度为20-40nm。

3.根据权利要求1所述的银纳米颗粒组装的空腔结构阵列的制备方法，其特征在于，步骤S2中所述导电衬底(3)为氧化铟锡玻璃、硅片、掺杂氟的SnO₂导电玻璃中的任意一种。

4.根据权利要求1所述的银纳米颗粒组装的空腔结构阵列的制备方法，其特征在于，在步骤S2中所述导电衬底(3)上溅射金膜(2)前，先依次使用丙酮、乙醇和去离子水对导电衬底(3)进行清洗。

5.根据权利要求1所述的银纳米颗粒组装的空腔结构阵列的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述化学腐蚀方法的具体操作为，将沉积银纳米颗粒的导电衬底(3)浸没在四氯甲烷或二氯甲烷或三氯甲烷溶液中，至聚苯乙烯微球晶体完全溶解。

6.根据权利要求1所述的银纳米颗粒组装的空腔结构阵列的制备方法，其特征在于，步骤S3中所述清洗的方式为，使用去离子水清洗1-3次后，用氮气吹干，再使用等离子体清洗。

7.一种权利要求1或2所述制备方法制得的银纳米颗粒组装的空腔结构阵列作为表面增强拉曼散射的活性基底的用途。