[发明专利]一种制备纳米圆锥形蜂窝结构的方法

说明书

本发明公开了一种制备纳米圆锥形蜂窝结构的方法，本发明以有序聚苯乙烯小球阵列为基础，用旋涂的方法将PVA胶搭建在小球上，以控制小球间隙，在利用磁控溅射的方式向样品表面共溅射银、二氧化硅膜，去掉小球后，对样品进行化学腐蚀，形成蜂窝圆锥形纳米结构。本发明设计并制备得到了一种纳米蜂窝圆锥形阵列结构，这种结构大大增强了比表面积和纳米圆锥间的空腔和间隙，增强了其SERS强度。本发明采用了物理化学共同处理的手段。提出一个崭新的实验方案设计并制备了所要获得的纳米图案。

技术领域

本发明属于周期纳米材料制备技术领域，具体涉及一种基于蜂窝圆锥形纳米结构的研究制备方法。

技术背景

利用磁控溅射、化学反应、旋涂等技术可以实现蜂窝圆锥形纳米柱结构的制备，对纳米级空腔进行精度设计与加工，使得纳米阵列有序可控，以用于扩大比表面积，增强SERS强度。

磁控溅射是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)的一种。一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多材料，且具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点。它的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。

表面增强拉曼散射(SERS)技术克服了传统拉曼光谱与生俱来的信号微弱的缺点，可以使得拉曼强度增大几个数量级。其增强因子可以高达10¹⁴～10¹⁵倍，足以探测到单个分子的拉曼信号，这些都是传统拉曼的灵敏度和测量速度不足以完成的。目前最常用的金属是金和银，但是单层金属膜的SERS强度有限，其测试范围和大小都有很大的局限性。因此，在改进单层金属膜的SERS强度就有很大的意义，在环境监测、食品安全、临床检验及疾病诊断等众多领域中能有充分应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种蜂窝圆锥形纳米结构的制备方法，该方法是以该方法是以有序聚苯乙烯小球阵列为基础，用旋涂的方法将PVA胶搭建在小球上，以控制小球间隙，在利用磁控溅射的方式向样品表面共溅射银、二氧化硅膜，去掉小球后，对样品进行化学腐蚀，形成蜂窝圆锥形纳米结构。

本结构制备方法的具体步骤如下：

1)处理具有亲水性硅片；

2)制备六方密排的聚苯乙烯小球阵列；

将直径500nm聚苯乙烯小球和无水乙醇的按照体积比为1:1混合，再通过超声处理使聚苯乙烯小球均匀分散，用移液枪将聚苯乙烯小球分散液滴在大块的硅片，使分散液均匀分布在硅片上，将大硅片倾斜的滑入液面平稳的器皿中，在水面上形成密排的聚苯乙烯小球阵列，最后用清洗后的硅片将浮在水面上的小球阵列缓慢的捞起来，吸水干燥后备用。

3)制备PVA胶；

4)利用旋涂机将PVA胶旋涂至样品上；

5)利用磁控溅射在步骤4)制备的样品上制作银、二氧化硅共溅射膜；

6)用四氢呋喃对步骤5)制备的样品进行化学处理；

将样品放入培养皿内加入四氢呋喃，浸泡3个小时，聚苯乙烯小球被腐蚀掉，留下银，二氧化硅共溅射形成的纳米圆锥型结构；

7)用质量比20％氢氟酸做表面化学处理，腐蚀30s，将共溅射中二氧化硅部分腐蚀掉，形成纳米蜂窝状圆锥形结构。

作为优选，所述的处理具有亲水性硅片，具体为：

1a)清洗硅片：用去离子水和无水乙醇分别浸泡干净硅片，再用超声仪超声15min，洗去硅片表面灰层脏污和油渍；将硅片取出来，放置在吸水纸上将残余水分吸干；