[发明专利]一种银微纳结构及其制备方法和用途

说明书

本发明公开了一种银微纳结构及其制备方法和用途。该微纳结构由位于导电衬底表面上的银微米半球以及半球表面生长的银主干、分支结构和生长在主干、分支上的银纳米片组成；该银微米半球由银纳米颗粒以球心为中心向导电衬底上的各个方向辐射堆砌组成，所述银纳米颗粒的尺寸为10‑20nm；该银微纳结构的制备方法包括在导电衬底上电沉积制备银微米半球，然后在微米半球表面电沉积生长由银主干、分支以及银纳米片组成的微纳结构。该银微纳结构具有抗团聚、比表面积大等优点，该结构可作为表面增强拉曼散射(SERS)的活性基底来测量其上附着的痕量有机物，能检测出浓度低至10^‑16mol/L的罗丹明6G。

技术领域

本发明涉及一种纳米材料技术领域，尤其是一种银微纳结构及其制备方法和用途。

背景技术

表面增强拉曼散射(SERS)光谱技术在痕量分子检测、环境监测、食品安全检测、文物考古鉴定、爆炸物检测、毒品检测和医学检测等领域具有广泛的应用前景。由于银独特的介电常数，其SERS活性最强，因而收到广泛关注。公开号为CN201010177328.2的专利文献公开了一种银微米半球及其在SERS检测方面的应用；该银微米半球体的圆形截面牢固地生长在导电衬底表面，因而可以作为性能优异、使用方便的SERS基底。

在研究和应用过程中发现，树枝状分支结构可以形成三维结构，在激发光光束内，具有大量热点，在SERS领域具有应用前景。然而，树枝状结构“根部”与衬底接触不牢固，将表面带有树枝状银纳米结构的衬底从溶液中取出时，受到液体表面张力的影响，部分银树枝状结构会从衬底表面脱落，严重制约了银树枝状微纳结构在SERS检测方面的应用。且树枝状分支结构的LSPR模式单一，LSPR吸收峰可调范围较窄，不利于实现与SERS激发波长相匹配；现有SERS衬底存在激发光光束内的热点数量少的缺陷。

发明内容

本发明的目的之一是提供一种具有银树枝状分支结构和银纳米片的微纳结构，且银树枝状结构通过银微米半球与导电衬底连接，与导电衬底接触牢固，具有多种LSPR模式，LSPR吸收峰可调范围更广，有利于实现与SERS激发波长相匹配，且在激发光光束内的热点数量多等优点。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种银微纳结构，位于导电衬底上，所述银微纳结构的材质为银，包括尺径微米级的银微米半球、各级分支结构以及生长在银微米半球和各级分支结构表面的银纳米片；所述银微米半球的底面与导电衬底相连接，由银纳米颗粒以球心为中心向导电衬底上的各个方向辐射堆砌组成；所述各级分支结构呈树枝状，包括自银微米半球表面延伸出的主干和自主干延伸出的分支结构，所述主干和分支结构的形态一致。

作为银微纳结构进一步的改进：

优选的，所述银纳米片的厚度为10-50nm，尺寸大小为200nm-10μm。

优选的，所述主干的长度为5-40μm，所述分支结构的长度为0.5-10μm且不超过所在主干的长度，所述分支结构和其所在的主干的夹角为40-75度。

优选的，所述银微米半球的粒径为2-6μm，所述银纳米颗粒的粒径为10-20nm。

本发明的目的之二是提供一种上述银微纳结构的制备方法：包括如下步骤：

S1、配制含有1-4g/L硝酸银和4-16g/L柠檬酸的水溶液作为银电解液；

S2、将清洗干净的导电衬底置于银电解液中作为阴极，石墨片作为阳极，在室温、200-500μA/cm²的恒定电流密度条件下，在导电衬底上电沉积银0.5-1.5h，然后将电流密度增加至1.2-1.8mA/cm²，在导电衬底上电沉积银0.5-2分钟，再将电流密度降至0.9-1.1mA/cm²，在导电衬底上电沉积银4-10分钟；

S3、沉积结束后将导电衬底取出，置于去离子水中浸泡并多次清洗，用惰性气体吹干，即制得位于导电衬底上的银微纳结构。