[发明专利]一种基于三维纳米银树枝状结构的可见光频段左手超材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可见光频段左手超材料的制备方法，特别涉及一种基于三维纳米银树枝 状结构的可见光频段左手超材料的制备方法。

背景技术

左手超材料(Left-handed metamaterials，LHMs)是一种介电常数(ε)和磁导率(μ)同 时为负的人工周期性结构材料，由于在其中传播的电磁波的相速度和群速度方向相反，因而 表现出一系列反常的电磁特性，如反常Doppler效应、反常Cherenkov辐射、负折射效应和完 美透镜效应等，在无线电通信、超敏感传感器等领域有重要的应用价值。现阶段左手超材料 的研究向多方向发展，但与其他频段相比，可见光频段左手材料由于可以突破衍射极限而在 光学显微成像、光子集成电路、光学印刷术、数据存储等方面具有很大实际意义，促使更多 的研究集中在可见光频段左手超材料的制备和应用上。

根据现有关于左手超材料的理论，左手超材料结构单元的尺寸应该小于光波长，所以， 对可见光频段左手超材料来说，其制备存在很大的困难。目前，该领域的研究者们均采用周 期性金属纳米结构实现可见光频段左手效应，这种结构的制备大多采用“自上而下 (top-down)”的物理刻蚀技术。这种方法需要昂贵的设备，制备过程复杂，制备难度大， 极大地限制了可见光频段左手超材料的广泛研究和应用。所以，寻求工艺简单、成本低廉的 方法大批量、大面积制备可见光频段左手超材料成为对其进行研究及应用的关键。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于三维纳米银树枝状结构的可见光频段左手超材料及其制备 方法。

该左手超材料在可见光频段具有较强的透射通带，并且具有明显的平板聚焦效应。

其制备是利用抗坏血酸较温和的还原特性，以纳米银颗粒为晶种，在水溶液中以树枝形 聚合物聚酰胺-胺(3.0G PAMAM)为模板还原硝酸银，再通过纳米自组装制备三维纳米银树 枝状结构，同时对合成的三维纳米银树枝结构用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)进行保护以防止团 聚和保持树枝状形貌，然后在真空条件下通过自组装将其以单层形式排列在玻璃基底上，接 着在三维纳米银树枝状结构单层表面涂覆聚乙烯醇(PVA)薄膜，然后与一片ITO导电玻璃 组装成复合结构左手超材料。本制备路线简单易行，适合大批量、大面积制备可见光频段左 手超材料，是一种极具实用价值的制备方法。

本发明中的三维纳米银树枝状结构的制备采用纳米自组装法，通过调节模板剂的浓度、 还原剂的浓度、还原时间的长短、体系的温度可以获得结构单元直径为300nm-500nm的三维 纳米银树枝状结构。

普通载玻片处理后，将制得的三维纳米银树枝状结构溶胶滴涂在其上，控制真空度、温 度、组装时间，使三维纳米银树枝状结构在玻璃基底上组装成无序的单层。控制以上条件， 可以控制三维纳米银树枝状结构在基底上的分布密度、形貌。

PVA薄膜的制备采用滴涂法，通过控制涂液(PVA超纯水溶液)的浓度和滴涂后干燥速 度，可控制涂覆在银树枝状结构表面PVA薄膜的厚度。

复合结构左手超材料的组装，是以涂覆PVA薄膜的银树枝状结构样品与导电玻璃相对紧 密叠合，然后用塑料胶带将叠合样品的两端紧密缠绕。该左手超材料在可见光频段具有较强 的左手透射通带，并且具有明显的平板聚焦效应。

附图说明

图1三维纳米银树枝状结构制备过程示意图

图2500nm三维纳米银树枝状结构溶胶实物照片

图3A在玻璃片上组装的纳米银树枝状结构单层扫描电镜照片

B一个纳米银树枝结构单元的扫描电镜放大照片

图4纳米银树枝状结构单层组装过程及复合结构左手超材料制备示意图

图5复合结构左手超材料实物照片

图6 A 500nm银树枝状结构复合结构左手超材料的可见光透射图谱

B 500nm银树枝状结构复合结构左手超材料的平面聚焦图谱

图7 A 300nm银树枝状结构复合结构左手超材料的可见光透射图谱

B 300nm银树枝状结构复合结构左手超材料的平面聚焦图谱

具体实施方式