[发明专利]一种制备纳米球形蜂窝结构的方法

说明书

本发明公开了一种制备纳米球形蜂窝结构的方法，本发明是以有序聚苯乙烯小球阵列为基础，使用等离子反应刻蚀的技术控制小球半径，用旋涂的方法将掺杂金属颗粒的PVA胶包裹在小球上，以构筑蜂窝结构从而设计热点强度位置，在利用磁控溅射的方式向样品表面共溅射银、二氧化硅膜，对样品进行化学腐蚀，使之小球内壁的金属纳米颗粒与PVA胶中金属纳米颗粒进行耦合，以提高其SERS强度。最终形成球形蜂窝纳米结构，这种结构设计了样品热点位置精确控制热点分布与强度，增强了其SERS强度。

技术领域

本发明属于周期纳米材料制备技术领域，具体涉及一种制备纳米球形蜂窝结构的研究制备方法。

技术背景

利用磁控溅射、等离子反应刻蚀、旋涂等技术可以实现纳米球形蜂窝结构的制备，对纳米级空腔进行精度设计与加工，使得纳米阵列有序可控，以用于控制热点位置，设计热点强度从而增强SERS强度。

磁控溅射是物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)的一种。一般的溅射法可被用于制备金属、半导体、绝缘体等多材料，且具有设备简单、易于控制、镀膜面积大和附着力强等优点。它的工作原理是指电子在电场E的作用下，在飞向基片过程中与氩原子发生碰撞，使其电离产生出Ar正离子和新的电子；新电子飞向基片，Ar离子在电场作用下加速飞向阴极靶，并以高能量轰击靶表面，使靶材发生溅射。

表面增强拉曼散射(SERS)技术克服了传统拉曼光谱与生俱来的信号微弱的缺点，可以使得拉曼强度增大几个数量级。其增强因子可以高达10¹⁴～10¹⁵倍，足以探测到单个分子的拉曼信号，这些都是传统拉曼的灵敏度和测量速度不足以完成的。目前最常用的金属是金和银，但是单层金属膜的SERS强度有限，其测试范围和大小都有很大的局限性。因此，在改进单层金属膜的SERS强度就有很大的意义，在环境监测、食品安全、临床检验及疾病诊断等众多领域中能有充分应用。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种制备纳米球形蜂窝结构的方法。

本发明是以有序聚苯乙烯小球阵列为基础，使用等离子反应刻蚀的技术控制小球半径，用旋涂的方法将掺杂金属颗粒的PVA胶包裹在小球上，以构筑蜂窝结构从而设计热点强度位置，在利用磁控溅射的方式向样品表面共溅射银、二氧化硅膜，对样品进行化学腐蚀，使之小球内壁的金属纳米颗粒与PVA胶中金属纳米颗粒进行耦合，以提高其SERS强度。最终形成球形蜂窝纳米结构。

本结构制备方法的具体步骤如下：

1)处理具有亲水性硅片，制备六方密排的聚苯乙烯小球阵列；

2)使用等离子反应刻蚀技术，将小球半径从500nm刻小成450nm；

3)称量质量比为1％PVA粉末，加入去离子水，放入磁力搅拌子，放在搅拌加热台上，90°高温加热搅拌，至溶液中颗粒全部溶解在水中；1％PVA胶制备完成；

4)利用旋涂机将质量比1％PVA胶旋涂至样品上；

5)使用等离子反应刻蚀技术，调整刻蚀时间，改变球与胶体间隙大小；

6)利用磁控溅射在样品上制作银，二氧化硅共溅射膜；将银靶和二氧化硅靶各自倾斜40度，同时向硅片溅射；

7)用质量比20％氢氟酸做表面化学处理，腐蚀30s，将共溅射中二氧化硅部分腐蚀掉，形成纳米球形蜂窝状结构。

作为优选，处理具有亲水性硅片，该方法具体包括以下步骤：

1a)清洗硅片:用去离子水和无水乙醇分别浸泡干净硅片，再用超声仪超声15min，洗去硅片表面灰层脏污和油渍；将硅片取出来，放置在吸水纸上将残余水分吸干；