[发明专利]一种单层密排纳米颗粒孔阵列结构及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种单层密排纳米颗粒孔阵列结构及其制备方法和应用，属于纳米光子学技术领域。本发明提供的单层密排纳米颗粒孔阵列结构的自组装方法，包括以下步骤：采用疏水分子对纳米颗粒进行包覆后分散于有机溶剂中，得到纳米颗粒分散液；将所述纳米颗粒分散液滴加在高分子亲水聚合物水溶液形成的水膜表面进行自组装，然后将水膜去除，得到单层密排纳米颗粒孔阵列结构。发明提供的自组装方法，适用于粒径为10～500nm的纳米颗粒，通过调节改性纳米颗粒分散液以及高分子亲水聚合物水溶液的浓度可实现对单层密排纳米颗粒孔阵列结构的孔径大小在0.1～5μm范围内的可调；自组装方法通用性好，操作简单，阵列面积大，成本低。

技术领域

本发明涉及纳米光子学技术领域，具体涉及一种单层密排纳米颗粒孔阵列结构及其制备方法和应用。

背景技术

纳米颗粒孔阵列结构因其特有的光学透射现象与纳米颗粒之间的耦合，引起了人们的广泛关注。纳米颗粒孔阵列结构孔径大小对于调谐光学透射现象与纳米颗粒之间的耦合起着决定性的影响。

目前，纳米颗粒孔阵列结构的制备方法主要为物理刻蚀方法(如电子束刻蚀、离子束刻蚀)和传统嵌段共聚物自组装方法。尽管物理刻蚀方法可以精准的制备纳米颗粒孔阵列结构，但很难制备由密排纳米颗粒构成孔阵列体系。传统嵌段共聚物自组装方法也实现了纳米颗粒孔阵列结构的制备，但是这种方法适用的纳米颗粒的尺寸小于10nm，而且制备的纳米颗粒孔阵列结构的孔径尺寸只能达到纳米级别。

发明内容

鉴于此，本发明的目的在于提供一种单层密排纳米颗粒孔阵列结构及其制备方法和应用，本发明提供的自组装方法能够得到密排纳米颗粒孔阵列结构，适用的纳米颗粒粒径为10～500nm，适用的纳米颗粒尺寸范围广，单层密排纳米颗粒孔阵列结构的孔径在0.1～10μm范围内可调。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

本发明提供了一种单层密排纳米颗粒孔阵列结构的自组装方法，包括以下步骤：

采用疏水分子对纳米颗粒进行包覆后分散于有机溶剂中，得到包覆纳米颗粒分散液；所述纳米颗粒的粒度为10～500nm；所述改性纳米颗粒分散液的浓度为5～100mg/mL；

将高分子亲水聚合物水溶液滴加在疏水基底上形成水膜，将所述改性纳米颗粒分散液滴加在所述水膜表面，进行自组装，得到单层密排纳米颗粒孔阵列结构；所述高分子亲水聚合物水溶液的浓度为0.0001～50mg/mL；所述高分子亲水聚合物包括牛血清蛋白、纤维素和蔗糖中的一种或几种。

优选的，所述纳米颗粒的形状包括球形、立方体形、棒状、锥状或箭头状。

优选的，所述疏水分子包括聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃、聚酰胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯、氟硅树脂、熔融石蜡和有机硅蜡乳中的一种或几种。

优选的，所述包覆的温度为室温，时间为12～36h。

优选的，所述水膜的厚度为0.1～100mm。

优选的，滴加在所述水膜表面的改性纳米颗粒分散液的体积为0.5～10μL。

优选的，所述有机溶剂包括氯仿、甲苯或四氢呋喃。

优选的，所述自组装的温度为室温，时间为0.5～2s。

本发明提供了上述技术方案所述自组装方法得到的单层密排纳米颗粒孔阵列结构，所述单层密排纳米颗粒孔阵列结构的纳米颗粒的粒度为10～500nm，所述单层密排纳米颗粒孔阵列结构的孔径为0.1～10μm。

本发明还提供了上述技术方案所述的单层密排纳米颗粒孔阵列结构在非线性效应、表面增强拉曼散射、生物传感器或生物分子检测中的应用。