[发明专利]一种具备紫外光多模耦合金纳米线薄膜及制备方法和应用

说明书

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种具备紫外光多模耦合金纳米线薄膜及制备方法和应用。本发明制备方法包括以下步骤：(1)采用化学还原法制备金纳米颗粒溶胶，并进行离心浓缩，使得金纳米颗粒由单分散状态自发的形成金纳米颗粒线和金纳米颗粒环；(2)在基底表面滴涂浓缩后的金纳米颗粒溶胶，真空干燥直至浓缩后的金纳米颗粒溶胶全部蒸发，得到重力沉降在所述基底表面的金纳米线薄膜，即为近紫外光多模耦合金纳米线薄膜。本发明金纳米线薄膜，在特定的金纳米颗粒粒径区间以及金纳米线薄膜的模厚区间内，在波长为200‑450nm的紫外区间，具有至少两个光耦合共振峰，展现出增强的正吸收和反向散射所致的光多模耦合等离体共振特性。

技术领域

本发明属于纳米材料技术领域，具体涉及一种具备紫外光多模耦合金纳米线薄膜及制备方法和应用。

背景技术

纳米薄膜属于二维纳米材料，根据薄膜功能的多样性进行分类，可以分为电学薄膜、光学薄膜、有机分子薄膜等。由于量子尺寸效应，纳米薄膜具有蓝移、宽化、光的线性与非线性等性能，被广泛应用在传感器、分子电池、催化和高能物理泡沫平面靶材料等领域。

金纳米颗粒作为贵金属纳米颗粒，具有局域表面等离子体特性。金纳米颗粒自组装的单层薄膜具有许多独特的光学、电学及光电性质，比如，等离子激元共振特性便在传感、生物医学及光电器件等领域吸引了人们的广泛关注。金纳米颗粒自组装金颗粒薄膜的独特性能与其金纳米颗粒的性质密切相关。当入射光照射金纳米颗粒自组装单层薄膜时，金纳米颗粒表面的自由电子发生集体振荡。当自由电子的集体谐振频率和入射光子频率相同时，产生局域表面等离子体共振。当入射光场与局域表面的极化场耦合增强，此等离激元激发(如双等离子体复合)可发生在金属纳米颗粒系统，从而局域表面增强拉曼散射及其增强正向吸收和反向散射之间的转换。

由于金纳米颗粒之间的强耦作用，因而自组装的金纳米线薄膜可显示出不同于金纳米颗粒光学性能的集体光学响应。通常，固态金等离子体激元激发在远红外区间。因此，采用简单、成本低的方法将其制备成金纳米线薄膜，研究紫外反常的光多模耦合导致的局域表面等离子体激元具有重要意义。散射吸收增强的金纳米线薄膜可应用于紫外双相互补传感探测。

CN109295443B公开了一种纳米金亚微米薄膜、其制备和应用，具体公开了制备方法，包括如下两个步骤：(1)采用化学还原法制备粒径均匀的单分散球形纳米金颗粒溶胶，其中纳米金颗粒粒径范围为5-14nm；浓缩后获得浓度为0.5-0.7mol/L的纳米金颗粒溶胶；(2)将基底垂直浸没在步骤(1)获得的纳米金颗粒溶胶中，在55～60℃下静置，直至浓缩溶液挥发干为止，得到自组装生长在所述衬底表面的纳米金亚微米薄膜。该技术方案制备的纳米金亚微米薄膜，在一定的厚度和浓度范围内，在近紫外区形成共振吸收带，展现局域表面等离子体相干，然而由于较弱的极化，在紫外样品几何尺寸可调的双相互补传感探测等领域还存在不足：第一，由于单宁酸还原缺乏稳定剂作用，步骤(1)的离心浓缩金纳米颗粒溶液在一定浓度下，难以形成金纳米线、纳米环和团簇结构；第二，步骤(2)蒸发所采用的垂直沉降方法制备的纳米金颗粒薄膜致密，其薄膜成本高，不能形成本专利所述的金纳米线薄膜；第三，致密的金亚微米薄膜光耦合类似于通常的固态金，表面光滑，光耦合较弱。

CN107699954A公开了一种强耦合的金纳米超晶格结构及其自组装制备方法，所述超晶格结构是由一系列三十二面体金纳米颗粒密集排布所组成，颗粒平均间距控制在几十纳米到几纳米，整个超晶格呈现为一种单层薄膜形态。该技术方案自组装制备方法是结合了静电和毛细吸附的共同作用，可见-近红外波段范围内其存在由三十二面金纳米颗粒超晶格所致的两个特征化的等离子体耦合共振峰，然而在200-450nm紫外波长区间，无法应用由于外加的光场和极化的金纳米颗粒内场强耦合所致的两个以上的特征峰。

综述所述，现有的制备技术仍缺乏一种应用于紫外吸收散射双相互补传感探测的金纳米颗粒环和团簇结构复合的自组装的金纳米线薄膜材料。

发明内容