[发明专利]二维有序的金和ITO复合纳米阵列及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料领域，特别是一种二维有序的金和氧化铟锡(Indium tin oxide，以下简称为ITO)复合纳米阵列及其制备方法。

技术背景

随着纳米科学与技术的飞速发展，有序金纳米阵列及其复合结构由于其所具有的独特光学性质和调控能力，已在表面增强拉曼散射衬底、太阳能电池及新型微纳光电子器件等领域表现出广阔的应用前景。随着各种微纳加工技术的不断发展与成熟，许多新型的金纳米阵列结构陆续被开发与研究，然而，如何实现各种特定形貌和尺寸的金复合纳米阵列结构的快速、大面积制备仍然是亟待解决的重要问题。

有序金纳米阵列结构的制备方法主要有刻蚀法和模板法等。刻蚀法方法虽然精度高、可控性强，但是仍然存在加工效率低且成本较大等问题。在最近的十余年中，以纳米球自组装技术为基础的模板法以其简单、高效且低成本的优势得到了人们的大量关注。但迄今为止，基于该微纳加工方法的大部分研究工作都集中在单一成分的金属纳米结构阵列的制备和应用上，然而金复合纳米结构，尤其是与半导体材料的纳米复合阵列结构的制备，仍然是一个巨大的挑战。

发明内容

本发明提供一种二维有序的金和ITO复合纳米阵列及其制备方法，不仅能够获得厘米量级的大面积二维有序复合纳米结构，所制备的二维有序的金和ITO复合纳米阵列具有增强的可见至近红外光学响应和灵活调控能力，因而在光催化、太阳能电池及新型纳米光电子器件等领域有极大的应用前景。

本发明的技术解决方案如下：

一种二维有序的金和ITO复合纳米阵列，其特点是由多个空心ITO纳米半球壳及附着在各个ITO纳米半球壳正上方的金纳米颗粒按照六角密排结构有序排布而成的复合纳米结构。

一种二维有序的金和ITO复合纳米阵列的制备方法，该方法包括以下步骤：

1)取方形的沉积片依次在去离子水、丙酮、酒精、去离子水中分别超声清洗30min，用作沉积基片；

2)将浓度为2.5wt％的单分散聚苯乙烯纳米球水溶液与乙醇按体积比1:2～1:3的比例混合并超声30分钟，得到均匀分散的聚苯乙烯纳米球混合溶液，所述的聚苯乙烯纳米球的直径为300～1000nm；

3)将50～150μL的聚苯乙烯纳米球混合溶液旋涂在沉积基片表面，其中旋涂速度为2000r/min，时间为30s，随后待其在室温环境下干燥后，得到聚苯乙烯纳米球单层六角密排结构模板；

4)在所述的聚苯乙烯纳米球单层六角密排结构模板上首先沉积一层厚度为20～50nm的ITO纳米薄膜，再沉积一层厚度为10～30nm的金纳米薄膜，随后放置于电阻炉中进行高温退火处理，退火温度为500～900℃，保温时间大于30min，自然冷却后，得到二维有序的金和ITO复合纳米阵列。

本发明的技术效果：

本发明二维有序的金和ITO复合纳米阵列的制备方法不仅能够获得厘米量级的大面积二维有序复合纳米结构，所制备的二维有序的金和ITO复合纳米阵列具有增强的可见至近红外光学响应和灵活调控能力，因而在光催化、太阳能电池及新型纳米光电子器件等领域有极大的应用前景。

附图说明

图1为本发明二维有序的金和ITO复合纳米阵列的高倍扫描电子显微镜(SEM)形貌图。

图2为本发明二维有序的金和ITO复合纳米阵列的样品翻转后的空心ITO纳米半球壳的高倍SEM形貌图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做详细说明。

本发明所述的二维有序的金和ITO复合纳米阵列的制备方法包括：

1)取方形的沉积片分别用去离子水和无水乙醇超声5min洗净，用作沉积基片，所述的沉积基片尺寸大于1cm²；

2)将单分散的聚苯乙烯纳米球水溶液与乙醇混合，并均匀分散，从而制得聚苯乙烯纳米球混合溶液；其中，聚苯乙烯纳米球水溶液的浓度为2.5wt％，聚苯乙烯纳米球的直径为300～1000nm，聚苯乙烯纳米球水溶液与乙醇的体积比为1:2到1:3之间。

3)将50～150μL的聚苯乙烯纳米球混合溶液旋涂在沉积基片表面，其中旋涂速度为2000r/min，时间为30s，随后待其在室温环境下干燥后，得到聚苯乙烯纳米球单层六角密排结构模板；

4)在所述的聚苯乙烯纳米球单层六角密排结构模板上依次沉积一定厚度的ITO和金纳米薄膜，随后放置于电阻炉中进行高温退火处理，自然冷却后便可得到二维有序的金和ITO复合纳米阵列。