[发明专利]皱状纳米碗@纳米颗粒等离激元薄膜及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了皱状纳米碗@纳米颗粒等离激元薄膜及其制备方法和应用。该方法首先通过物理沉积在PS纳米颗粒阵列表面沉积一层金膜作为模板，之后经紫外光照射合成水凝胶膜/PS@Au纳米壳的复合膜，将其达到溶胀平衡后置于与其电性相反的Au纳米颗粒溶液中，通过静电吸引力实现纳米颗粒在水凝胶表面的单层非密排组装，干燥形成褶皱状微纳缝隙，刻蚀去除PS后获得褶皱状Au纳米碗@Au纳米颗粒二元等离激元薄膜。本发明的方法工序简单、成本低廉、容易操作；制得的二元等离激元薄膜具有特定褶皱状Au纳米碗形貌，在可见‑近红外存在吸收，能对太阳光能实现宽带吸收，有望作为高效的光热转换器件和有力的近红外传感器用于海水淡化和生化传感。

技术领域

本发明属于纳米材料领域，具体涉及一种皱状纳米碗@纳米颗粒二元等离激元薄膜及其制备方法和应用。

背景技术

随着科学技术的快速发展，分散结构的纳米材料已不能满足日益变化的市场需求，纳米颗粒聚集体正逐渐成为纳米科学的前沿领域。与单个颗粒相比，纳米颗粒聚集体表现出多个组元的增强集成属性，极大地促进了纳米材料的实际应用。其中，贵金属纳米颗粒由于表面等离激元共振(SPR)特性，可将入射场能量有效地限制在结构表面，显著地提高了光与物质的相互作用，被广泛应用于光热转化、信息存储和生化传感等领域。所谓SPR，是金属表面附近的自由电子和光子相互作用引起的电子集体振荡。将大量小尺寸的贵金属纳米颗粒组装成等离激元聚集体结构，不仅能将颗粒间隙中的电磁场强度提高多个数量级，从而增加对入射光的俘获效率，同时还能实现SPR性质的大幅度调控，在器件性能优化方面具有独特的优势，备受研究者关注。

目前报道的研究主要集中于制备由单一贵金属纳米颗粒组成的等离激元聚集体，而非构筑多元聚集体。而由单一纳米颗粒形成的聚集体，由于结构可调性差，已不能满足当前多学科交叉发展的需求。由不同贵金属纳米颗粒(既可以是成分不同，也可以是形貌、尺寸不同)组成的二元等离激元结构，不仅可以丰富贵金属纳米结构的多样性，因不同颗粒之间产生局域表面等离激元共振(LSPR)的频率不同，导致等离激元杂化拓宽吸收带宽的同时，可能会产生单一贵金属阵列所不具有的新的光学、磁学或热电子学性能。

但是，贵金属纳米颗粒组成的二元等离激元结构也面临一些问题。一方面，传统的方法包括界面自组装技术，DNA自组装技术、光刻法、蒸发诱导技术等，普遍存在制备条件严苛，不能大面积生产的问题。同时也存在其他问题，例如，光刻法的加工速度慢、费用高、加工区域小，不利于大规模生产；而自组装法，由于贵金属纳米颗粒不同于PS、SiO₂等纳米颗粒，性质较为活泼，易发生二次团聚，难以稳定分散；尤其是对于尺寸比较大(30nm)的贵金属纳米颗粒，由于重力的影响，极易快速沉降。此外，在多元等离激元纳米颗粒的组装过程中，又存在组装颗粒力学性质、运动情况、界面性质不一致等情况。因此，难以通过一步自组装技术实现多元等离激元聚集体的大面积精准组装。

另一方面，目前对于贵金属纳米颗粒组成的二元等离激元结构的形貌的相关研究也比较缺乏，而形貌的不同会使得材料产生完全不同的效果。

发明内容

本发明的第一个目的是为了解决目前二元等离激元阵列结构制备过程复杂且不能大面积制备的问题；本发明的第二个目的是为了提供一种新型形貌的二元等离激元阵列结构，即皱状纳米碗@纳米颗粒二元等离激元薄膜，丰富了贵金属纳米颗粒组成的二元等离激元结构，也带来了不一样的效果。

具体采用以下的技术方案：