一种三明治结构平板金属纳米结及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种三明治结构平板金属纳米结的制备方法，包括：金纳米粒子与硅酸钠溶液、偶联剂混合，调节pH值，加热，得到Au@SiO2纳米粒子；将所述Au@SiO2纳米粒子采用液‑液自组装的方式在预处理后的ITO玻璃上制备单层Au@SiO2纳米薄膜；重复上述液‑液自组装的方式，得到组装有多层纳米薄膜的ITO玻璃；将金片沉积在多层纳米薄膜上，得到三明治结构平板金属纳米结。本发明专利技术提供的Au@SiO2核‑壳纳米粒子通过液‑液界面自组装形成致密堆积单层膜，其中厚度可调的绝缘的二氧化硅层作为隧穿壁垒层，等离激元活性的Au纳米粒子作为电子传输介质。本发明专利技术人在纳米结上观察到了超远程电子传输行为和现象。

A sandwich-structured flat metal nanojunction and its preparation method

The invention provides a preparation method of sandwich structure flat metal nanojunction, which includes: mixing gold nanoparticles with sodium silicate solution and coupling agent, adjusting pH value and heating to obtain Au@SiO 2 nanoparticles; preparing single layer Au@SiO 2 nanofilms on pretreated ITO glass by liquid-liquid self-assembly; repeating the liquid-liquid self-assembly. In this way, ITO glass with multi-layers of nano-films was prepared, and gold sheets were deposited on multi-layers of nano-films to obtain sandwich-structured flat metal nano-junctions. The Au@SiO2 core-shell nanoparticles provided by the invention self-assemble through the liquid-liquid interface to form a dense stacked monolayer, in which the thickness of the adjustable insulating silica layer acts as a tunnel barrier layer and the plasma-activated Au nanoparticles act as an electron transfer medium. Ultra-long-distance electronic transmission behavior and phenomena have been observed on the nano-junction by the inventor.

【技术实现步骤摘要】
一种三明治结构平板金属纳米结及其制备方法
本专利技术涉及材料
，尤其是涉及一种三明治结构平板金属纳米结及其制备方法。
技术介绍
为了将功能性有机分子作为基本响应单元构建实用性纳米电子学器件，各国研究人员已经在分子/纳米电子学领域奋斗了数十年，并致力于探索纳米尺度下的电子传输现象。虽然在这个领域已经取得了重要的进展，但是在能够实际应用前，仍然还有很漫长的路要走。这主要是由于在制造可靠的纳米(或亚纳米级)电子器件(如纳米异质结和晶体管)方面长期存在的技术障碍，以及基于传统电子隧穿理论构建的器件存在电子隧穿效率低的根本问题。通常情况下，电子隧穿通过有机烷烃分子的距离不会超过2nm。这使得制备的超小纳米电子学器件容易短路或产生接触假信号、使用时非常不稳健，给该领域的发展带来了长期的难题。等离激元学通过表面等离子体的激发将光转化为传播的电信号，能有效地将光子学与电子学在纳米尺度上融为一体，从而能规避衍射极限问题。因此，它有望能为下一代电子设备提供革命性的解决方案。然而，到目前为止，人们对纳米级电子传输行为的了解还很少，因为在目前的纳米器件中，由于技术上的困难，很难实现并揭示潜在的传输机理(可能存在的新电子传输机理)。因此，开发传输距离长、传输效率高的纳米结是非常必要的。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术要解决的技术问题在于提供一种三明治结构平板金属纳米结的制备方法，本专利技术制备的三明治结构平板金属纳米结传输距离长、传输效率高。本专利技术提供了一种三明治结构平板金属纳米结的制备方法，包括：A)金纳米粒子与硅酸钠溶液、偶联剂混合，调节pH值，加热，得到Au@SiO2纳米粒子；B)将所述Au@SiO2纳米粒子采用液-液自组装的方式在预处理后的ITO玻璃上制备单层Au@SiO2纳米薄膜；C)重复上述液-液自组装的方式，得到组装有多层纳米薄膜的ITO玻璃；D)将金片沉积在多层纳米薄膜上，得到三明治结构平板金属纳米结。优选的，步骤A)所述偶联剂包括3-氨丙基三甲氧基硅烷；所述偶联剂的浓度为1～10mM；所述硅酸钠溶液的质量浓度为0.4％～1.0％。优选的，所述Au纳米粒子的粒径为70～80nm。优选的，所述金纳米粒子、硅酸钠与偶联剂的体积为(25～35)：(3～5)：(0.5～0.7)。优选的，步骤A)所述加热温度为85℃～95℃；所述加热时间为1～3h；所述pH值为8～9。优选的，步骤B)所述单层Au@SiO2纳米薄膜合成具体为：将Au@SiO2纳米粒子注入到容器中，加入正己烷形成液-液界面，而后迅速将甲醇注入到混合溶液中，将纳米粒子捕捉到两相界面中，正己烷挥发后自组装得到单层Au@SiO2纳米薄膜。优选的，Au@SiO2纳米粒子、正己烷和甲醇的体积比为(2～3)：(0.3～0.6)：(3～4)。优选的，所述将金片沉积在纳米薄膜上的方式具体为：a)在玻璃片上蒸镀金片；b)将蒸镀有金片的玻璃置于氢氟酸水溶液中，将金片从玻璃基底刻蚀下来，再将刻蚀下来的金片转移至水面；c)将组装有多层薄膜的ITO玻璃置于水中将水面上的金片捞起，即可。优选的，步骤a)所述金片为圆形；所述金片的直径为0.5mm；厚度为30～50nm；步骤b)所述氢氟酸水溶液的质量浓度为2％～3％。本专利技术提供了一种三明治结构平板金属纳米结，由上述技术方案任意一项所述的制备方法制备得到。与现有技术相比，本专利技术提供了一种三明治结构平板金属纳米结的制备方法，包括：A)金纳米粒子与硅酸钠溶液、偶联剂混合，调节pH值，加热，得到Au@SiO2纳米粒子；B)将所述Au@SiO2纳米粒子采用液-液自组装的方式在预处理后的ITO玻璃上制备单层Au@SiO2纳米薄膜；C)重复上述液-液自组装的方式，得到组装有多层纳米薄膜的ITO玻璃；D)将金片沉积在多层纳米薄膜上，得到三明治结构平板金属纳米结。本专利技术提供的由尺寸单分散的Au@SiO2核-壳纳米粒子通过液-液界面自组装形成的致密堆积单层膜其中厚度可调的绝缘的二氧化硅层作为隧穿壁垒层，等离激元活性的Au纳米粒子作为电子传输介质。更重要的是，坚硬的二氧化硅壳，致密的纳米粒子薄膜以及利用LOFO技术进行的电极“软”沉积方法，能最大限度地避免了电流短路现象。同时，本专利技术人在单层，甚至三层的纳米结上观察到了前所未有的超远程电子传输行为和现象(高达29nm)。附图说明图1为本专利技术实施例5中全溶液法制备金属纳米结的过程示意图；图2为本专利技术实施例2中75nmAu@SiO2纳米粒子合成过程及形貌表征图；(a)Au@SiO2纳米粒子合成过程示意图，(b，f)75±2.3nmAu@5.0±1.1nmSiO2TEM图，(c，g)75±2.3nmAu@8.1±1.3nmSiO2TEM图，(d,h)75±2.3nmAu@10.7±1.4nmSiO2TEM图，(e,i)75±2.3nmAu@14.5±1.7nmSiO2TEM图；图3为本专利技术实施例1和2中75nm金纳米粒子和75nmAu@SiO2纳米粒子的光学性质及结构表征图；(a)紫外-可见吸收光谱，(b)小角X射线散射光谱，(c)循环伏安图，(d)10mM吡啶的拉曼及在金纳米粒子或75nmAu@SiO2纳米粒子形成的增强基底上的表面增强拉曼光谱；图4为本专利技术实施例5中单层75nmAu@8.1nmSiO2薄膜的光学照片；图5为本专利技术实施例5中75nmAu@8.1nmSiO2构成的纳米薄膜结构表征图(a)75nmAu@8.1nmSiO2单层纳米粒子薄膜的TEM图，(b-c)HAADF-STEM图和对应的元素线扫分布图，(d)单层纳米粒子薄膜的平面SEM图，(e)三层纳米粒子薄膜的截面SEM图；图6为本专利技术实施例7中三层75nmAu@8.1nmSiO2构成的三明治结构电子学器件的I-V测试结果；(a)在暗场和532nm激光(50mW)照射下三层纳米粒子薄膜构成的纳米电子学器件的I-V曲线图；插图：三明治结构纳米电子学异质结的显微镜图，(b)90K-300K之间三层薄膜构成的纳米电子学异质结I-V曲线与温度的关系，(c)0.5V条件下，三层薄膜构成的纳米电子学异质结随温度的变化；图7为本专利技术实施例5中75nmAu@8.1nmSiO2单层纳米粒子薄膜的选区明场吸收谱；图8为本专利技术实施例6中三明治结构纳米电子异质结的SEM图；(a)制备的三层粒子构成的三明治结构金属电子异质结的SEM图，(b)75nmAu@8.0nmSiO2构成的单层纳米粒子薄膜的大范围SEM图；图9为本专利技术实施例7中金属异质结在不同温度下的电学性质图；(a)0.75V,(b)1V情况下三层75nmAu@8.1nmSiO2构成的金属异质结在无光时90K-300K范围内的电导图；图10a为本专利技术实施例8中暗态条件下，75nmAu@SiO2构成的金属异质结中，不同二氧化硅壳层厚度对电流的影响；图10b为本专利技术实施例9中暗态时，0.5V条件下，Au@7.5nmSiO2构成的金属异质结中，金纳米粒子尺寸对电流的影响；图11为本专利技术实施例8中壳层厚度不同的75nmAu@SiO2构成的金属异质结的I-V曲线图；图12为本专利技术实施例5中单层75nmAu@14.2nmSiO2纳米薄膜的SEM图；图13是本专利技术实施例9的电学性质测试结果；(a)由三层50nmAu@7.本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三明治结构平板金属纳米结的制备方法，其特征在于，包括：A)金纳米粒子与硅酸钠溶液、偶联剂混合，调节pH值，加热，得到Au@SiO2纳米粒子；B)将所述Au@SiO2纳米粒子采用液‑液自组装的方式在预处理后的ITO玻璃上制备单层Au@SiO2纳米薄膜；C)重复上述液‑液自组装的方式，得到组装有多层纳米薄膜的ITO玻璃；D)将金片沉积在多层纳米薄膜上，得到三明治结构平板金属纳米结。

【技术特征摘要】
1.一种三明治结构平板金属纳米结的制备方法，其特征在于，包括：A)金纳米粒子与硅酸钠溶液、偶联剂混合，调节pH值，加热，得到Au@SiO2纳米粒子；B)将所述Au@SiO2纳米粒子采用液-液自组装的方式在预处理后的ITO玻璃上制备单层Au@SiO2纳米薄膜；C)重复上述液-液自组装的方式，得到组装有多层纳米薄膜的ITO玻璃；D)将金片沉积在多层纳米薄膜上，得到三明治结构平板金属纳米结。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤A)所述偶联剂包括3-氨丙基三甲氧基硅烷；所述偶联剂的浓度为1～10mM；所述硅酸钠溶液的质量浓度为0.4％～1.0％。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述Au纳米粒子的粒径为70～80nm。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述金纳米粒子、硅酸钠与偶联剂的体积为(25～35)：(3～5)：(0.5～0.7)。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤A)所述加热温度为85℃～95℃；所述加热时间为1～3h；所述pH值为8～9。6.根据权利要求1所...

【专利技术属性】
技术研发人员：金永东，李传平，
申请(专利权)人：中国科学院长春应用化学研究所，
类型：发明
国别省市：吉林,22