一种在基底表面双向可控自组装不同电荷金属纳米粒子的方法技术

本发明专利技术涉及一种在基底表面双向可控自组装不同电荷金属纳米粒子的方法，它包括以下步骤：（a）将基底放入Piranha溶液中进行表面羟基化处理，洗净后浸入3‑氨丙基三乙氧基硅烷、乙醇和水的混合溶液中进行表面正电荷官能团修饰得第一修饰基底；所述混合溶液中3‑氨丙基三乙氧基硅烷、乙醇和水的体积比为1：50~150：0.5~5；（b）将所述第一修饰基底浸入丁二酸酐丙酮溶液中进行反应得第二修饰基底；（c）将所述第二修饰基底浸入不同表面电荷性质的金属纳米粒子溶液中进行自组装，取出、清洗、吹干即可。从而实现了不同电荷金属纳米粒子的自组装，该过程双向且可控。

A Bidirectional Controllable Self-assembly Method of Metal Nanoparticles with Different Charges on the Base Surface

The invention relates to a method for bidirectionally controllable self-assembly of metal nanoparticles with different charges on the base surface, which comprises the following steps: (a) the substrate is hydroxylated in Piranha solution, washed and immersed in a mixture of 3 aminopropyl triethoxysilane, ethanol and water to modify the surface positive charge functional groups to obtain the first modified substrate; The volume ratio of 3 aminopropyl triethoxysilane, ethanol and water is 1:50-150:0.5-5; (b) the first modified substrate is immersed in succinic anhydride acetone solution and reacted to obtain the second modified substrate; (c) the second modified substrate is immersed in metal nanoparticles with different surface charge properties for self-assembly, extraction, cleaning and drying. Thus, self-assembly of metal nanoparticles with different charges is realized, and the process is bidirectional and controllable.

【技术实现步骤摘要】
一种在基底表面双向可控自组装不同电荷金属纳米粒子的方法
本专利技术属于纳米材料领域，涉及一种自组装方法，具体涉及一种在基底表面双向可控自组装不同电荷金属纳米粒子的方法。
技术介绍
近些年，纳米光学的出现和不端发展，飞速地带动了人们对金属纳米结构的研究和兴趣。金属纳米结构拥有着独特的集体电子振荡行为，这一独特的集体电子振荡行为就是人们常称作的金属纳米结构表面等离子体共振（surfaceplasmonresonance，SPR）。金属纳米结构的等离子体共振性质与金属纳米结构的具体结构有着密切的联系，其中就包括金属纳米粒子的尺寸大小、金属纳米粒子的形貌及其金属纳米粒子之间的间距等。除了金属纳米粒子本身性质的变化对金属纳米结构的等离子体共振性质带来改变以外，金属纳米结构所处的外界环境的变化同样会引起SPR共振性质的巨大变化，例如介电环境的改变就会很大程度地导致金属结构的SPR共振峰位蓝移或者红移。为了更为清楚地研究金属纳米结构的SPR共振效应，人们不端地制备出了各种新颖的金属纳米结构，从零维，二维，三维，甚至更多维度变化的金属纳米结构；而发展一种快速高效低廉的制备方法在基底表面构筑大面积二维间距可调的金属纳米结构仍然是人们面临的一大挑战。而且，现有的带电基底表面往往只带一种电荷，例如分别带正电荷的基底表面或者带负电荷的基底表面，然后与相应的金属纳米粒子进行自组装，难以满足实际应用中的日益变化需要。
技术实现思路
本专利技术目的是为了克服现有技术的不足而提供一种在基底表面双向可控自组装不同电荷金属纳米粒子的方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种在基底表面双向可控自组装不同电荷金属纳米粒子的方法，它包括以下步骤：（a）将基底放入Piranha溶液中进行表面羟基化处理，洗净后浸入3-氨丙基三乙氧基硅烷、乙醇和水的混合溶液中进行表面正电荷官能团修饰得第一修饰基底；所述混合溶液中3-氨丙基三乙氧基硅烷、乙醇和水的体积比为1：50~150：0.5~5；（b）将所述第一修饰基底浸入丁二酸酐丙酮溶液中进行反应得第二修饰基底；（c）将所述第二修饰基底浸入不同表面电荷性质的金属纳米粒子溶液中进行自组装，取出、清洗、吹干即可。优化地，步骤（b）中，通过调节所述第一修饰基底浸入丁二酸酐丙酮溶液中的时间获得不同表面属性的第二修饰基底。优化地，所述丁二酸酐的丙酮溶液的浓度为0.05~0.5mol/L。优化地，所述金属纳米粒子为金纳米粒子，其粒径为10~50nm、浓度为0.05~0.5mg/ml。进一步地，所述金纳米粒子的表面带正电荷或负电荷。更进一步地，带负电荷的金纳米粒子通过以下步骤制得：向反应容器中加入去离子水和HAuCl4，在不断搅拌的条件下加热至溶液沸腾，注入柠檬酸钠使溶液从浅黄色变为无色，再变为深紫色，直至其变成清澈透明的酒红色，停止加热并冷却至室温即可。更进一步地，带正电荷的金纳米粒子通过以下步骤制得：在不断搅拌的条件下，向十六烷基三甲基溴化铵和HAuCl4的混合溶液中加入冰浴下配制的NaBH4溶液进行反应得粒径为3~5nm的金纳米种子；在不断搅拌的条件下，向去离子水中依次加入十六烷基三甲基溴化铵、HAuCl4、AA（抗坏血酸）以及所述金纳米种子溶液进行反应；停止搅拌后静置过夜即可。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术在基底表面双向可控自组装不同电荷金属纳米粒子的方法，在表面羟基化后与特定浓度的3-氨丙基三乙氧基硅烷反应获得表面正电荷官能团修饰得第一修饰基底，以实现后续金属纳米粒子组装的密度调节；再通过与丁二酸酐的丙酮溶液反应获得正电荷、负电荷均匀分布或仅带负电荷的第二修饰基底，从而实现了不同电荷金属纳米粒子的自组装，该过程双向且可控。附图说明图1为本专利技术在基底表面双向可控自组装不同电荷金属纳米粒子的方法的流程图；图2为不同浓度3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）修饰的基底直接组装13nm金纳米粒子（AuNPs）后的SEM图，其体积浓度分别为：（a）0.01%；（b）0.1%；（c）1%；（d）5%；（e）10%，以及对应的将基底与丁二酸酐的丙酮溶液作用2h后组装13nmAuNPs的SEM图：（f）0.01%；（g）0.1%；（h）1%；（i）5%；（j）10%；图3为不同实施例中自组装金纳米粒子后的SEM图：（a）对比例1；（b）对比例2；（c）实施例1；（d）实施例4；（e）实施例2；（f）实施例5；（g）实施例3；（h）实施例6；图4为不同实施例中自组装金纳米粒子后其上金纳米粒子间间距分布曲线图：（a）13nm带负电荷的金纳米粒子；（b）24nm带正电荷的金纳米粒子；图5为多元化表面增强拉曼检测：（a）基底表面带负电荷的聚苯乙烯磺酸钠包覆金纳米棒（PSS-AuNRs）对罗丹明6G（R6G）的检测；（b）基底表面带正电荷的CTAB包覆金纳米棒（AuNRs）对罗丹明6G（R6G）的检测。具体实施方式本专利技术在基底表面双向可控自组装不同电荷金属纳米粒子的方法，它包括以下步骤：（a）将基底放入Piranha溶液中进行表面羟基化处理，洗净后浸入3-氨丙基三乙氧基硅烷、乙醇和水的混合溶液中进行表面正电荷官能团修饰得第一修饰基底；所述混合溶液中3-氨丙基三乙氧基硅烷、乙醇和水的体积比为1：50~150：0.5~5，使得3-氨丙基三乙氧基硅烷顺利修饰在基底表面；当APTES浓度过大时，基底表面的氨基与丁二酸酐间的作用时间过长，无法有效的观测到酰胺化过程中表面电荷密度的变化；而浓度过小，则导致较短时间内基底表面氨基全部转变为羧基，难以实现双向自组装；（b）将所述第一修饰基底浸入丁二酸酐的丙酮溶液中进行反应得第二修饰基底；（c）将所述第二修饰基底浸入不同表面电荷性质的金属纳米粒子溶液中进行自组装，取出、清洗、吹干即可。通过表面羟基化先与3-氨丙基三乙氧基硅烷反应获得表面正电荷官能团修饰得第一修饰基底，再通过与丁二酸酐的丙酮溶液反应获得正电荷、负电荷均匀分布或仅带负电荷的第二修饰基底，从而实现了不同电荷金属纳米粒子的自组装，该过程双向且可控。步骤（a）中，步骤（b）中，通过调节所述第一修饰基底浸入丁二酸酐的丙酮溶液中的时间获得不同表面属性的第二修饰基底，即使得丁二酸酐和氨基基团发生不同程度的酰胺化作用，使带负电荷的羧基基团通过氨基的侨联作用嫁接到基底表面，这样基底表面的电荷就可以从正电荷全部变为负电荷或者部分变为负电荷。所述丁二酸酐的丙酮溶液的浓度优选为0.05~0.5mol/L，浓度过大时基底表面的羧基基团容易团聚，进而在自组装金属纳米粒子时引起纳米粒子在基底表面的聚集，且不能达到有效、均匀、可控地调节纳米粒子之间的间距；浓度过小时基底表面的氨基基团与丁二酸酐间的酰胺化效率太低，难以有效实现基底表面羧基基团的修饰。所述金属纳米粒子优选为金纳米粒子，其粒径为10~50nm、浓度为0.05~0.5mg/ml。上述金纳米粒子的表面带正电荷或负电荷。带负电荷的金纳米粒子通过以下步骤制得：向反应容器中加入去离子水和HAuCl4，在不断搅拌的条件下加热至溶液沸腾，注入柠檬酸钠使溶液从浅黄色变为无色，再变为深紫色，直至其变成清澈透明的酒红色，停止加热并冷却至室温即可。带正电荷的金纳米粒子通过以下步骤制得：在不断搅拌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种在基底表面双向可控自组装不同电荷金属纳米粒子的方法，其特征在于，它包括以下步骤：（a）将基底放入Piranha溶液中进行表面羟基化处理，洗净后浸入3‑氨丙基三乙氧基硅烷、乙醇和水的混合溶液中进行表面正电荷官能团修饰得第一修饰基底；所述混合溶液中3‑氨丙基三乙氧基硅烷、乙醇和水体积比为1：50~150：0.5~5；（b）将所述第一修饰基底浸入丁二酸酐的丙酮溶液中进行反应得第二修饰基底；（c）将所述第二修饰基底浸入不同表面电荷性质的金属纳米粒子溶液中进行自组装，取出、清洗、吹干即可。

【技术特征摘要】
1.一种在基底表面双向可控自组装不同电荷金属纳米粒子的方法，其特征在于，它包括以下步骤：（a）将基底放入Piranha溶液中进行表面羟基化处理，洗净后浸入3-氨丙基三乙氧基硅烷、乙醇和水的混合溶液中进行表面正电荷官能团修饰得第一修饰基底；所述混合溶液中3-氨丙基三乙氧基硅烷、乙醇和水体积比为1：50~150：0.5~5；（b）将所述第一修饰基底浸入丁二酸酐的丙酮溶液中进行反应得第二修饰基底；（c）将所述第二修饰基底浸入不同表面电荷性质的金属纳米粒子溶液中进行自组装，取出、清洗、吹干即可。2.根据权利要求1所述在基底表面双向可控自组装不同电荷金属纳米粒子的方法，其特征在于：步骤（b）中，通过调节所述第一修饰基底浸入丁二酸酐丙酮溶液中的时间获得不同表面属性的第二修饰基底。3.根据权利要求1所述在基底表面双向可控自组装不同电荷金属纳米粒子的方法，其特征在于：所述丁二酸酐的丙酮溶液的浓度为0.05~0.5mol/L。4.根据权利要求1所述在基底表面双向可控自组装不同电荷金属纳米粒子的方法，其特征在于：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：江林，钟留彪，王雅雯，李东，孙迎辉，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32