[发明专利]利用激光沉积作用制备金纳米粒子微传感器的方法及应用

说明书

本发明公开了利用激光沉积作用制备金纳米粒子微传感器的方法及应用，属于飞秒激光加工技术领域，本发明通过将硫醇功能化的金纳米粒子胶体溶液滴在待连接的电极上，通过飞秒激光直写使金纳米粒子延直写路径自组装，沉积在沟道上进而连接电极，再通过超声清洗去除残余溶液，最终制备得到金纳米粒子微传感器。其主要原理是利用光镊效应，光与纳米粒子的相互作用力将纳米粒子束缚在焦点处，在激光加工过程的过程中，胶体相的平衡被打破，金纳米粒子从溶剂当中脱离，沉积在预先设计好的衬底位置上。利用激光沉积作用制备的微传感器器件尺寸，位置，图案可设计，整个制备过程具有节约材料，节能环保等优点，制备得到的微传感器具有快速的响应恢复速度。

技术领域

本发明属于飞秒激光加工技术领域，具体涉及通过将硫醇功能化的金纳米粒子沉积在沟道上形成微米线，获得微米尺度的邻二甲苯气体传感器。

背景技术

随着传感器技术的发展，微型传感器因低功耗，高集成度，较好的便携性等优点，受到了越来越广泛的关注。对于气体传感器，微型化可以实现在有限空间内集成多种气体传感器，对于构建具有识别和定量功能的电子鼻系统具有重要意义。目前，化学气相沉积技术作为一种微型传感器的制备方法，主要是将挥发性物质转移至待沉积区域，再以晶种为核心生长纳米材料。除了利用化学气相沉积在指定区域生长材料，另外一种被广泛应用的方法是利用电子束蒸发技术蒸发金属，将已经制备好的纳米线或功能材料连接在电极上。可以看出，现有技术在特定区域制备微米尺度的器件，主要是通过模板遮挡材料的方法来实现的，因而面临着制备过程复杂，成本高，材料利用率低的缺点。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种利用飞秒激光诱导纳米粒子沉积的效应直接制备微传感器的方法。通过将硫醇功能化的金纳米粒子胶体溶液滴在待连接的电极上，通过飞秒激光直写使金纳米粒子延直写路径自组装，沉积在沟道上进而连接电极，再通过超声清洗去除残余溶液，最终制备得到金纳米粒子微传感器。其主要原理是利用光镊效应，光与纳米粒子的相互作用力将纳米粒子束缚在焦点处，在激光加工过程的过程中，胶体相的平衡被打破，金纳米粒子从溶剂当中脱离，沉积在预先设计好的衬底位置上。

本发明通过如下技术方案实现：

利用激光沉积作用制备金纳米粒子微传感器的方法，具体步骤如下：

(1)、电极的制备；

具体步骤为：首先，将盖玻片依次用丙酮、乙醇脱脂棉球擦拭干净，时间各2min；然后在擦净的盖玻片上蒸镀金锗镍合金电极；最后，用医用刀片将电极划开，形成导电电极和待加工的沟道区域；

(2)、硫醇功能化的金纳米粒子的制备；

采用一步一相法来制备巯基十一烷酸功能化的金纳米粒子，具体步骤为：首先将三苯基磷和氯金酸在乙醇中混合，搅拌反应十二小时制得三苯基磷氯金；然后，将生成的三苯基磷氯金沉淀离心，在乙醇中超声清洗3次，之后晾干；然后，在乙醇和氯仿按体积比1：1的混合溶液加入三苯基磷氯金、巯基十一烷酸配体、以及还原剂叔丁基胺硼烷，水浴恒温反应2h；然后将制备得到的金纳米粒子离心，用四氢呋喃清洗3次，之后晾干；最后，将所得的金纳米粒子分散在甲醇溶液中；

(3)、飞秒激光直写；

具体步骤为：加工时首先将盖玻片固定在压电平台上，并在沟道上滴加步骤(2)制备的金纳米粒子胶体溶液；然后利用CCD相机观察焦点位置，将激光焦点对准在待加工的位置,激光按照预先设计的程序进行逐点扫描；最后将器件致于甲醇溶液中超声清洗，晾干。

进一步地，步骤(1)所述的盖玻片尺寸为25×75mm，厚度为180μm，金锗镍合金蒸发料使用量为1-3g，蒸镀电流为80-120A，时间为20-40min；刀片划开的沟道宽为40-100μm。