一种表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱及其制备方法。该表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱包括衬底，衬底上设有阵列型银纳米柱，阵列型银纳米柱的表面包覆有金膜；阵列型银纳米柱的柱长为400nm～800nm，阵列型银纳米柱的柱直径为80nm～100nm，相邻银纳米柱之间的距离70nm～80nm，阵列型银纳米柱表面的金膜厚度为20nm～30nm。制备方法包括：（1）倾斜镀膜法在衬底上制备阵列型银纳米柱；（2）纳米电镀金膜，得到表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱。本发明专利技术的阵列型银纳米柱表面包覆金膜技术具有结构稳定、与生物样品之间亲和性好等优点，该制备方法操作安全便捷、成本低廉、效率高、且对环境友好。

Array type silver nano column coated with gold film and preparation method thereof

The invention discloses an array type silver nano column coated with gold film and a preparation method thereof. Array type silver nano column gold film comprises a substrate coated on the surface of the substrate, with silver nano array type column, surface array type silver nano column coated with gold film; silver nano array type column length is 400nm ~ 800nm, the diameter of the column array type silver nano column is 80nm ~ 100nm, 70nm distance ~ phase between adjacent silver nano columns 80nm, thickness of the gold film array type silver nano column surface is 20nm ~ 30nm. The preparation method comprises the following steps: (1) an array type silver nano column is prepared on a substrate by an oblique coating method; (2) a gold film with a gold film coated with a gold film is obtained by a nano electroplating gold film. Array type nano silver coated gold column surface of the invention has the advantages of stable structure, membrane technology and affinity between biological samples. The advantages of the preparation method of safe and convenient operation, high efficiency, low cost and environmentally friendly.

【技术实现步骤摘要】
一种表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱及其制备方法
本专利技术属于纳米材料
，具体涉及一种表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱及其制备方法。
技术介绍
近年来，金属（特别是贵金属金、银、铜等）表面自由电子集体激发多产生的表面等离子体使金属阵列、颗粒具有独有光学性质和化学性能。这一发现已引起广泛关注，并逐渐应用于多个领域。自从1941年Flesischmann等人发现表面增强拉曼这一效应以来，研究者们已经研发出了一大批表面增强拉曼效果较好的基底。研究者们发现，银的表面增强拉曼效应比金和其他金属更为明显，并且银的成本相对低廉，更能满足批量化生产。但是，受制于银纳米材料本身的材料特性、稳定性以及界面特性等因素，尽管阵列型银纳米柱具有广阔的应用前景，但其实际应用还存在着诸多问题。由于金属银其自身的固有属性，金属银长时间暴露在空气环境中容易被氧化，从而会造成基底失效。另外，银纳米柱应用在生物领域时，银表面与生物样品之间的亲和性较差，并且其稳定性容易受到生物试剂的破坏。另外，尽管纳米材料具有很好的应用前景，但是现有常规技术制备阵列型纳米材料工艺复杂，专业操作要求程度高。此外，现有技术制备得到的阵列型银纳米柱表面均一性较差，SERS性能较差。诸上现象对阵列型银纳米柱的制备、储存和使用提出了比较严重的实际问题，所以，迫切需要采用一种工艺简单，表面均一性较好，表面增强拉曼效应强的阵列型纳米柱的制备方法。另外介于金属银的活泼属性，需要采取相应技术对其表面进行适当的改性，在增强其化学性能和改善与生物样品的兼容性的同时，又最大程度的避免银纳米柱原有的优质特性的丧失。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种SERS性能优异、结构稳定、与生物样品之间亲和性好的表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱，还相应提供一种操作安全便捷、成本低廉、效率高、环境友好的表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱的制备方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：一种表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱，包括衬底，所述衬底上设有阵列型银纳米柱，所述阵列型银纳米柱的表面包覆有金膜；所述阵列型银纳米柱的柱长为400nm～800nm，所述阵列型银纳米柱的柱直径为80nm～100nm，相邻银纳米柱之间的距离70nm～80nm，所述阵列型银纳米柱表面的金膜厚度为20nm～30nm。上述的表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱，优选的，所述阵列型银纳米柱采用物理蒸发镀膜工艺制备，所述阵列型银纳米柱与衬底的夹角为36°～42°。上述的表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱，优选的，所述衬底的构成材料为硅片、导电玻璃或金属片。作为一个总的专利技术构思，本专利技术还提供一种上述的表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱的制备方法，包括以下步骤：（1）阵列型银纳米柱的制备：将衬底置于镀膜装置中，所述衬底相对于银蒸镀源倾斜布置，采用物理真空镀膜法进行蒸镀，形成阵列型银纳米柱，得到沉积有阵列型银纳米柱的衬底；（2）纳米电镀金膜：将过硼酸溶液、氯化金溶液和金纳米颗粒胶体溶液混合，得到混合溶液；以所述混合溶液为电解液，以铂金钛网为阳极，以沉积有阵列型银纳米柱的衬底为阴极，将沉积有阵列型银纳米柱的衬底浸入混合溶液中，在磁力搅拌的作用下，通电后进行电镀，得到表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱。上述的表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱的制备方法，优选的，所述步骤（1）中，所述衬底与蒸镀源的夹角为82°～86°。上述的表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱的制备方法，优选的，所述步骤（2）中，所述金纳米颗粒胶体溶液的制备过程为：将氯金酸溶液滴加至蒸馏水中，在搅拌条件下加热至沸腾后，加入柠檬酸钠溶液，在持续沸腾和搅拌条件下，使氯金酸和柠檬酸钠反应生成金纳米颗粒胶体。上述的表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱的制备方法，优选的，所述步骤（2）中，所述氯金酸溶液的质量浓度为1%～3%，所述柠檬酸钠溶液的质量浓度为1%～2%，所述过硼酸溶液的质量浓度为10%～20%，所述氯化金溶液的质量浓度为5%～10%，所述氯金酸溶液、柠檬酸钠溶液、蒸馏水、过硼酸溶液和氯化金溶液的体积比为1.5～2.5∶1～2∶150~250∶25～15∶25。上述的表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱的制备方法，优选的，所述步骤（1）的蒸镀工艺为：先抽真空至0.7Pa～1Pa，升温至100℃～150℃，继续抽真空至4×10-4Pa～7×10-4Pa，预热枪灯丝后电压升至6000V～8000V开始蒸镀，蒸镀速率控制在0.4Å/s～1.2Å/s。上述的表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱的制备方法，优选的，所述步骤（2）中，所述电镀的平均电流为0.5mA/cm2～1mA/cm2，电镀温度控制在40℃～50℃，pH控制在5～7，电镀时间为1h～2h。上述的表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱的制备方法，优选的，所述步骤（1）之前，还包括将衬底进行清洗和亲水化处理。所述衬底进行清洗的过程为：将衬底先后分别采用丙酮、去离子水、无水乙醇、去离子水进行超声清洗，每次超声清洗完后，用去离子水冲洗，用氮气吹干；清洗后的衬底进行亲水化处理的过程为：将清洗后的衬底用浓硫酸和双氧水进行亲水化处理，处理后用去离子水冲洗，用氮气吹干。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：1、本专利技术的表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱，由于阵列型银纳米柱的表面包覆有金膜，金是一种物理化学性能稳定、与生物样品兼容性较好的材料，而且通过大量研究表明，金也是SERS（表面增强拉曼散射）增强能力仅次于银的贵金属材料。因此在银纳米柱表明包覆金材料可在不影响阵列型银纳米柱的SERS增强性能的前提下改善单一的阵列型银纳米柱的缺点。2、本专利技术的表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱，通过物理蒸发镀膜工艺制备阵列型银纳米柱，实践表明，该方法制备的阵列型银纳米柱具有显著的表面增强拉曼效应，该阵列的增强因子高达108，同时具有很好的均一性，同一阵列上不同位置的表面增强拉曼信号相对标准差较小。上述增强性能及其均一性对于作为表面增强拉曼散射基底应用而言具有重大意义。3、本专利技术的表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱的制备方法，先通过真空镀膜机制备阵列型纳米柱，然后采用含金纳米颗粒胶体的溶液电镀金制得目标产物。本专利技术的方法将真空镀膜技术与纳米电镀技术进行结合，具有可操作性强、步骤简便、生产效率高、成本低、兼容性好等特点，对纳米尺度器件的制备具有重要意义。4、本专利技术制备银纳米柱时采用了倾斜镀膜法，纳米薄膜的几何沉积方法对纳米薄膜的晶体结构和方向产生了重要影响，尤其当基底的倾斜角度达到70°以上时，这种现象更为明显。本专利技术的倾斜镀膜工艺采用82°～86°夹角，纳米薄膜生长过程中形成了纳米柱状结构。该方法制备拉曼基底具有操作简单、成本低、效率高等特点，倾斜镀膜法的引入有助于实现纳米柱结构拉曼基底的批量生产。5、本专利技术采用纳米电镀方法使阵列银纳米柱表面镀覆上金，申请人尝试过化学镀等方法后发现，化学镀实验过程中，一些化学试剂如氰化物等的使用会对银纳米柱表面造成一定的破坏，另外在实验过程中产生的化学废液如果处理不当会造成环境破坏。而本专利技术纳米电镀采用的电解液为金纳米颗粒胶体溶液、过硼酸（HBO3）溶液和氯化金（AuCl3）溶液组成的混合电解液，无氰化物，它具有镀液稳定性好，对环境污染小等优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱，包括衬底，其特征在于，所述衬底上设有阵列型银纳米柱，所述阵列型银纳米柱的表面包覆有金膜；所述阵列型银纳米柱的柱长为400nm～800nm，所述阵列型银纳米柱的柱直径为80nm～100nm，相邻银纳米柱之间的距离70nm～80nm，所述阵列型银纳米柱表面的金膜厚度为20nm～30nm。

【技术特征摘要】
1.一种表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱，包括衬底，其特征在于，所述衬底上设有阵列型银纳米柱，所述阵列型银纳米柱的表面包覆有金膜；所述阵列型银纳米柱的柱长为400nm～800nm，所述阵列型银纳米柱的柱直径为80nm～100nm，相邻银纳米柱之间的距离70nm～80nm，所述阵列型银纳米柱表面的金膜厚度为20nm～30nm。2.根据权利要求1所述的表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱，其特征在于，所述阵列型银纳米柱采用物理蒸发镀膜工艺制备，所述阵列型银纳米柱与衬底的夹角为36°～42°。3.根据权利要求1或2所述的表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱，其特征在于，所述衬底的构成材料为硅片、导电玻璃或金属片。4.一种如权利要求1～3任一项所述的表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱的制备方法，包括以下步骤：（1）阵列型银纳米柱的制备：将衬底置于镀膜装置中，所述衬底相对于银蒸镀源倾斜布置，采用物理真空镀膜法进行蒸镀，形成阵列型银纳米柱，得到沉积有阵列型银纳米柱的衬底；（2）纳米电镀金膜：将过硼酸溶液、氯化金溶液和金纳米颗粒胶体溶液混合，得到混合溶液；以所述混合溶液为电解液，以铂金钛网为阳极，以沉积有阵列型银纳米柱的衬底为阴极，将沉积有阵列型银纳米柱的衬底浸入混合溶液中，在磁力搅拌的作用下，通电后进行电镀，得到表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱。5.根据权利要求4所述的表面包覆有金膜的阵列型银纳米柱的制备方法，其特征在于，所述步骤（1）中，所述衬底与蒸镀源的夹角为82°～86°。6.根据权利要求4所述的表面...

【专利技术属性】
技术研发人员：董培涛，吴学忠，张晨煜，曾学盛，王朝光，王俊峰，陈剑，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科学技术大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43