[发明专利]一种连环纳米锥周期性阵列制备方法

说明书

本发明属于纳米复合材料合成技术领域，具体涉及一种连环纳米锥周期性阵列制备方法。本发明通过将二氧化硅胶体球自组装技术、等离子刻蚀技术与物理沉积技术相结合，制备出一种新颖的连环纳米锥周期性阵列，该制备方法可以通过改变胶体球的尺寸、等离子刻蚀时间和沉积金属厚度得到不同尺寸的连环纳米锥周期性阵列，且此制备方法较为简单，制备出的连环纳米锥周期性阵列具有均匀性好、有序度高、可重复性强的优点，能够有效地被大规模复制应用。

技术领域

本发明涉及纳米复合材料合成技术领域，尤其是涉及一种连环纳米锥周期性阵列制备方法。

背景技术

表面等离激元共振效应(Surface Plasmon Resonance，SPR)由于其独特的光与物质相互作用的特性，有望增强光催化的能量转化效率，近年来引起人们极大的重视。SPR是由于金属(Au，Ag，Cu，Al等)表面的价电子在一定的外场(比如光照)作用下产生集体震荡的效应。具有SPR效应的金属纳米粒子可以通过控制金属粒子的尺寸、组分、形貌等因素可控调节其在可见-近红外区域吸光性能，从而有望拓展捕光范围。纳米聚焦是表面等离激元所具有的重要特性之一，该概念由Stockman于2004年提出，是指表面等离激元沿锥形金属纳米结构传播时，传播能量高度汇聚于锥形结构尖端的现象。表面等离激元纳米聚焦效应使得在纳米结构尖端上通过远程激发和传播形成电磁场“热点”成为可能。纳米聚焦还具有焦点尺寸突破纳米尺度的特点，近几年在国际上掀起了研究热潮。例如，在增强光-物质相互作用方面，借助纳米聚焦的作用，可使得金属锥形纳米结构作为探针，实现对分子的远程激发及高灵敏的光谱检测。在近场成像领域，利用金属针尖上的表面等离激元纳米聚焦，可实现传播表面等离激元对被测物近场的探测及扫描成像，该方法已被广泛地应用于扫描近场光学显微镜的相关研究。同时，随着纳米波导制备工艺的不断改进，不同类型的纳米聚焦波导正逐渐被开发，为其能够广泛应用于光子元件、生物细胞检测等各个领域提供更多可行的方案。Babadjanyan与其合作者通过对金属微尖锥形结构的边界问题分析，认为当SPPs沿纳米锥向其直径缩减方向传导时，导波波长减小使聚焦明显，且在顶点处具有巨大的场增强。同时他们提出：接近锥管顶点区域的管径很小，几乎只有几微米。在没有局部影响的情况下，对这一区域SPP散射的仔细分析已经进一步证实了锥管的聚焦特点。除了在平面结构中应用，这种超聚焦结构的实验实现对近场光学显微镜下表面的光学研究也是非常有用的。

纳米聚焦效应利用锥形纳米结构直径渐变的构型，实现了光子能量在纳米空间的汇聚。相比于纳间隙耦合体系，锥形纳米结构具有更高的结构稳定性和可操控性，使其被应用于光谱扫描探测领域。而目前锥形纳米结构的制备方法多步骤复杂且成本较高，成为阻碍其进一步发展的难点。

发明内容

本发明正针对现有技术的不足，提出了一种连环纳米锥周期性阵列制备方法；获得尺寸更小、聚焦效应和场增强更加明显的纳米锥结构，提供了一种步骤简单、可操作空间高，制备周期短、价格低廉的连环纳米锥周期性阵列制备方法，制得的连环纳米锥周期性阵列具有大面积可控构筑，均匀性好、有序度高、可重复性强的特点，具有局域表面等离激元共振和增大比表面积的优异性能。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种纳米锥周期性阵列制备方法，包括以下步骤：

(A)在具有亲水性表面的Si衬底上利用自组装法制备高度有序的二氧化硅小球阵列；

(B)对二氧化硅小球阵列进行等离子刻蚀，得到连环纳米锥周期阵列；

(C)利用磁控溅射技术在样品表面沉积一层金属膜。

本发明通过等离子刻蚀和磁控溅射得到连环银纳米锥阵列结构，通过改变二氧化硅小球的尺寸、等离子刻蚀的时间及溅射金属层厚度可以调节纳米锥的尺寸，具有操作简单可控性高的优点。

作为优选，步骤(A)中，所述二氧化硅小球半径为500nm。