[发明专利]基于核壳Au@SiO2

说明书

本发明公开了一种基于核壳Au@SiO₂超原子的无序结构超材料及其自组装制备方法，涉及自组装超材料技术领域。所述无序结构超材料是由核壳Au@SiO₂超原子层与Al膜层复合而成；自组装制备工艺是在溶液环境下，通过设计核壳Au@SiO₂超原子与Al膜之间的静电吸附及毛细作用而实现。光学性能综合表征显示，由核壳Au@SiO₂超原子自组装制备的无序结构超材料，在可见光波段特定光入射角度下，能够实现近完美吸收光学性质(不同偏振状态，波长537nm、575nm位置光吸收率大于99％)。

技术领域

本发明涉及自组装超材料技术领域，特别涉及一种基于核壳Au@SiO₂超原子的无序结构超材料及其自组装制备方法。

背景技术

在自组装超材料技术的研究发展中，核壳Metal@SiO₂纳米结构(即金属与电介质SiO₂形成的核壳纳米包裹结构，例如Au@SiO₂、Ag@SiO₂等)是一种特殊的、具有应用潜质的超原子结构。理论上，Metal@SiO₂纳米结构可与一定频率的入射电磁波相互作用而形成表面等离激元，通过人工结构设计，这些表面等离激元相互间易于发生共振耦合，从而有利于实现诸如“拓扑黑体”、“吸波器”、“隐身罩”等可见-近红外波段有望面向实际应用的光学超材料。

然而，由于受制于核壳Metal@SiO₂纳米结构合成制备产率低以及适宜自组装技术缺乏等影响，当前利用核壳Metal@SiO₂纳米结构作为超原子进行光学超材料自组装设计、制备 (Metal@SiO₂相互之间，或与其他金属结构进行复合)的研究设想尚未能得到广泛推广。因此现阶段，探索基于核壳Metal@SiO₂超原子的超材料自组装制备及其光学特性研究有着重要的实际意义。

发明内容

本发明针对现有核壳Metal@SiO₂纳米结构合成制备产率低以及设计相应光学超材料适宜自组装技术缺乏等问题，提出了一种全新的、基于核壳Au@SiO₂超原子的无序结构超材料及其自组装制备方法，其未来有望应用于等离子体传感、光伏器件、太阳能电池等领域。

本发明采用的技术方案为：一种基于核壳Au@SiO₂超原子的无序结构超材料，所述无序结构超材料是由核壳Au@SiO₂超原子层与Al膜层复合而成，其中，核壳Au@SiO₂超原子层是以无序取向、随机密排方式铺叠在Al膜层表面，单个核壳Au@SiO₂超原子大小均匀，其粒径在百纳米级，Al膜层厚度大于可见光趋肤深度，可见光波段特定光入射角度下，不同偏振状态的自组装无序结构超材料能够实现近完美吸收光学性质。

所使用的核壳Au@SiO₂超原子包含Au纳米颗粒内核及SiO₂介质壳层，其中Au纳米颗粒尺寸约为45nm，SiO₂介质壳层厚度为85～100nm；核壳Au@SiO₂超原子的自组装层数为3～5层；无序结构超材料在可见光波段的TE、TM偏振近完美光吸收峰分别位于波长537nm和575nm位置附近，其对应的光入射角度为44～48°。

本发明基于核壳Au@SiO₂超原子的无序结构超材料自组装制备方法，包含如下操作步骤：

步骤S1：将洁净基片置于真空镀膜系统中，镀制大于80nm厚度的金属Al膜层后，将镀制有Al膜层的基片浸泡于PDDA水溶液(浓度大于1g/L)中30min，使其表面带上正电荷，然后依次使用去离子水、无水乙醇冲洗干净基片，N₂吹干备用；