[发明专利]一种共振峰位可调的金属纳米结构的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于纳米材料制备技术领域，具体涉及一种共振峰位可调的金属纳米结构的制备方法。

背景技术

目前，由于金属微纳结构具有良好的光学和电学性质，使得其在光电子领域(如太阳能电池，发光二极管等)、传感器(例如生物传感器等)和临床医学等领域具有巨大的潜在应用价值。研究表明，在外加光场的刺激下，处于金属纳米结构附近的荧光体辐射出的荧光强度比其在自由空间的要强，这一现象即为表面等离子体效应(LocalizedSurfacePlasmon，LSP)，现已经成为引人关注的研究领域之一。

目前，用于制备金属微纳结构的方法有退火、化学合成等。常用于制备微纳结构的金属有镍(Ni)、银(Ag)、金(Au)等，这些金属制备的微纳结构退火温度较高，如Ni为800℃～900℃(MaterialsScienceandEngineeringB113,125–129(2004))，Ag和Au为300℃～600℃(JournalofCrystalGrowth310,234–239(2008))。较高的退火温度会给光电器件和有机光电器件的性能带来负面的影响，例如高温会损害半导体发光二极管(LightEmittingDiode，以下简称LED)的外延结构，降低其晶格质量，200℃以上的退火会提高有机导电层(PET薄膜，ITO层等)的方阻，进而降低光电器件的电学和光学性能(CurrentAppliedPhysics14,1005(2014))。所以金属微纳结构的低温制备对于提高光电器件和有机光电器件的光学与电学性能具有重要的意义。

也有一些金属纳米结构是通过化学溶液合成的(Appl.Phys.Lett.100,013308(2012))。但是这样合成的金属纳米颗粒需要加热烘干来去除溶液，这可能会带来污染，而且化学合成的金属纳米颗粒排布无序，影响表面等离子体效应。

在金属纳米结构的实际应用中(如太阳能电池，无机和有机发光二极管等)，需要金属纳米结构的共振峰位在一个特定的波段，才能达到最佳的表面等离子体效应，所以在特定的应用中，需要对相应的金属纳米结构的共振峰位进行调节。例如，将Au纳米结构应用于绿光有机发光二极管(OrganicLED,OLED)中时，需要将Au纳米结构的共振峰位调节到500nm～550nm范围内，才能有一个较强的LSP共振增强效应，从而对提高OLED发光效率达到一个较好的增强效果(OpticsLetters37,2019(2012))。然而截止目前，如何低成本且简便的调节金属纳米结构的共振峰位依然是一个难题。采用电子束刻蚀和纳米压印技术可以制备出具有不同共振峰位的纳米金属结构，但是上述方法依然存在设备价格昂贵，操作复杂等缺陷。另一方面，人们尝试用聚苯乙烯(polystyrene,PS)纳米球制备纳米金属结构(CN102212790A,2011；CN104087899A,2014)，报道的制备方法虽然成本低且操作简便，但是只能针对某一个特定的共振波峰，不能对共振波长进行调节，具有一定的局限性。

以往的文献与专利涉及的主要是通过退火、纳米压印、电子束刻蚀和化学合成等方法制备金属纳米结构，制备出的金属纳米结构的共振峰位固定，不易调节，未涉及在200℃以下低温制备共振峰位可调的金属纳米结构的研究。

发明内容

本发明的目的在于提供一种共振峰位可调的金属纳米结构的制备方法，能够减小高温退火对制备光电子器件带来的负面影响，并且可以简化制备流程，降低溶液污染，保持样品表面的洁净度。

为达到以上目的，本发明是采取如下技术方案予以实现的：

一种共振峰位可调的金属纳米结构的制备方法，包括以下步骤：

a)对样品表面进行亲水性处理；

b)制备均匀分散的PS纳米球溶液：

将PS纳米球分散液和无水乙醇按体积比为1:(1～10)混合，超声分散均匀，得到均匀分散的PS纳米球溶液；其中PS纳米球的直径为50nm～1000nm，PS纳米球分散液中PS纳米球的质量分数为5％～20％；

c)PS纳米球在水面的预组装：

将均匀分散的PS纳米球溶液滴加到经亲水性处理后的Si片上，再将该硅片以10～45°的倾斜角度伸入盛有去离子水的容器中，PS纳米球滑入去离子水中，在水面预组装形成PS纳米球单层膜；其中滴加到Si片上的PS纳米球溶液的体积V与容器中去离子水的表面积S的关系为V/S＝0.5～5μL/cm²；

d)将PS纳米球单层膜转移至经步骤a)处理的样品表面，在样品表面得到单层自主装的PS纳米球结构；