动态可逆调控表面等离子体共振性质的方法技术

本发明专利技术公开了一种动态可逆调控表面等离子体共振性质的方法，其包括：硫属铜化物包覆贵金属纳米材料的制备；对所述纳米材料的表面等离子共振性质的调控；以及对所述纳米材料的表面等离子共振性质的可逆调控等步骤。本发明专利技术通过调控材料尺寸、形貌及载流子浓度来实现表面等离子体共振性质的可调性，且工艺简单、条件易控、可多次重复，对于实现光学器件的设计、控制及开关具有重要意义，在检测、红外开关和红外传感器中也有潜在应用。

Dynamic reversible control of surface plasmon resonance properties

The invention discloses a method for dynamic, reversible regulation of surface plasmon resonance properties including chalcogenide copper coated noble metal nano material preparation; regulation of surface plasmon resonance properties of the nano materials; and the nano material surface plasmon resonance properties of reversible regulation. The present invention through the regulation of material size, morphology and carrier concentration to achieve the property of surface plasmon resonance can be adjusted, and the process is simple and easily controllable conditions, can be repeated many times, for the control and design and implementation of optical devices is important switch, also has potential applications in infrared detection, and infrared sensor switch.

【技术实现步骤摘要】
动态可逆调控表面等离子体共振性质的方法
本专利技术属于表面等离激元光子学领域，具体涉及一种动态可逆调控表面等离子体共振性质的方法，即通过调控材料的形貌、尺寸及载流子浓度来实现表面等离子体共振性质的可调性。
技术介绍
局域表面等离激元共振(LSPR)多见于贵金属纳米颗粒中的自由电子在外加电磁场下发生相干振荡，从而产生的吸收和散射共振增强的现象。LSPR是在纳米尺度光学调控的强有力手段，可突破光学衍射极限。围绕此独特的光学现象催生了一系列研究方向，例如基于LSPR表面光电场增强效应的表面增强拉曼、表面增强荧光、表面等离子体光催化等，使其在单分子检测、光学成像与治疗、光伏等领域获得了广泛关注；此外，LSPR特性还在表面等离子体波导、光开关、超材料设计和光电调制等领域有着极佳的应用前景。目前，具有可调的表面等离子体共振性质的材料主要有两类：一是金属纳米材料，二是掺杂半导体纳米材料。对于金属纳米颗粒,其表面等离子体共振性质强烈的依赖于化学组成、周围环境的介电常数、颗粒形貌，但较小程度地依赖于颗粒的大小。绝大多数的金属纳米材料的表面等离子体共振性质在合成时就基本确定了，后续处理很难再进行调节。其光学性质主要限于可见区和紫外区，只有少数的金属纳米材料如Au、Ag、Cu及Pt的吸收可涉及到红外区，而且系统的研究具有红外响应的金属纳米材料只有Au相关的各种纳米结构。但是贵金属材料的载流子浓度是固定的，近场耦合也多通过所在衬底的机械拉伸等方法实现，较难实现动态、可逆的纳米光学性质的主动控制。另一方面，对于半导体纳米材料,当颗粒尺寸小于波尔激子半径时，其表面等离子体共振性质可以通过粒径来调节；而且由于载流子浓度在一定范围可控，掺杂半导体纳米材料的光学吸收范围可覆盖从可见区到紫外区再到红外区整个区域。因此，如何通过半导体纳米材料的形貌、化学组分和自由载流子浓度来调控表面等离激元共振的能量及强度，以及利用纳米复合材料中的结构和表界面的构建来获得可逆的近场耦合作用，是实现纳米光学主动控制的关键，其实现对于光学器件的设计、控制及开关具有重要意义，在检测、红外开关和红外传感器中也有潜在应用。硫属铜化物纳米材料，作为一种新型的表面等离子体共振材料，其特殊的光学性质成为近年来重要的研究内容。其颗粒大小、形貌及铜缺陷程度引起的载流子浓度的变化，为可控调节纳米材料的表面等离子体共振性质提供了理论基础。目前调控纳米材料表面等离子体共振性质的方法中存在着调控过程复杂，成本过高，效率低，可重复性差等问题。鉴于此，克服现有技术所存在的缺陷，提供一种简单、经济、可控、效果好、可反复重复的调控表面等离子体共振性质的方法是本
亟待解决的问题。
技术实现思路
针对现有技术中的问题，本专利技术的主要目的在于提供一种动态可逆调控表面等离子体共振性质的方法，以克服现有技术中的不足。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供的一种动态可逆调控表面等离子体共振性质的方法包括以下步骤：(1)在保护性气氛中制备均匀分散的硫属铜化物包覆贵金属的纳米材料，所述纳米材料包括贵金属纳米颗粒及包覆所述贵金属纳米颗粒的硫属铜化物；(2)将步骤(1)制备的纳米材料暴露在空气中，并监测所述纳米材料的表面等离子共振吸收波长，实现对所述纳米材料的表面等离子共振性质的调控；(3)当所述纳米材料被在空气中暴露至表面等离子共振吸收波长不变时，向所述纳米材料中加入亚铜离子溶液，且在每次加入亚铜离子溶液后，监测所述纳米材料的表面等离子共振吸收波长，实现对所述纳米材料的表面等离子共振性质的可逆调控；(4)去除经步骤(3)处理后的所述纳米材料中的亚铜离子，并再次将所述纳米材料暴露在空气中，同时监测所述纳米材料的表面等离子共振吸收波长，实现对所述纳米材料的表面等离子共振性质的可逆调控。在一些实施方案之中，所述动态可逆调控表面等离子体共振性质的方法包括：重复步骤(2)～步骤(4)的操作两次以上，以达到对所述纳米材料的表面等离子共振性质进行可逆调控的目的。本专利技术实施例还提供了一种基于局域表面等离子体共振性质检测还原剂的方法，其包括：将待测样品与金属硫属化合物纳米材料和/或金属硫属化合物包覆贵金属的纳米材料在液相体系中充分混合，并在可见-近红外区实时监测所述金属硫属化合物纳米材料和/或金属硫属化合物包覆贵金属的纳米材料的表面等离子体共振吸收波长的变化，当所述金属硫属化合物纳米材料和/或金属硫属化合物包覆贵金属的纳米材料处于长波长的吸收峰红移，且吸收强度降低时候，则判定所述待测样品中含有还原剂。所述液相体系包括水溶液，和/或，所述金属硫属化合物包括金属硒化物或金属硫化物，但不限于此。与现有技术相比，本专利技术的优点包括：(1)本专利技术提供了一种动态可逆调控表面等离子体共振性质的方法，通过对上述纳米材料的表面等离子体共振性质进行调控，从而监测其光学吸收曲线随测定溶液中Cu+、VC等还原剂加入量的变化，进而能够实现对溶液中Cu+、VC等的光学检测，该方法不仅操作简单，而且具有较高的灵敏度。(2)本专利技术提供的一种动态可逆调控表面等离子体共振性质的方法，可实现表面等离子体共振性质的可逆可控调节，吸收光谱可从可见光区至红外光区进行宽波段调节，调控过程简单易操作、可控性强、效果好、可多次重复，在器件设计、控制、开关和传感等方面有着非常好的应用前景。附图说明图1是本专利技术一典型实施方案中一种动态可逆调控表面等离子体共振性质的工艺流程图；图2是本专利技术实施例1中提供的一种在聚丙烯酸表面活性剂下棒状金纳米颗粒上包覆硒化铜复合纳米材料的透射电镜图；图3是本专利技术实施例6中提供的一种在聚二甲基二烯丙基氯化铵表面活性剂下棒状金纳米颗粒上包覆硒化铜复合纳米材料的透射电镜图；图4是本专利技术实施例2中提供的一种在聚丙烯酸表面活性剂下棒状金纳米颗粒上包覆硒化铜复合纳米材料随空气暴露时间增加的紫外-红外可见分光光谱图；图5是本专利技术实施例7中提供的一种在聚二甲基二烯丙基氯化铵表面活性剂下棒状金纳米颗粒上包覆硒化铜复合纳米材料随空气暴露时间增加的紫外-红外可见分光光谱图；图6是本专利技术实施例3中提供的一种在聚丙烯酸表面活性剂下棒状金纳米颗粒上包覆硒化铜复合纳米材料随亚铜离子溶液的加入量变化的紫外-红外可见分光光谱图；图7是本专利技术实施例8中提供的一种在聚二甲基二烯丙基氯化铵表面活性剂下棒状金纳米颗粒上包覆硒化铜复合纳米材料随亚铜离子溶液的加入量变化的紫外-红外可见分光光谱图；图8是本专利技术实施例4中提供的一种在聚丙烯酸表面活性剂下棒状金纳米颗粒上包覆硒化铜复合纳米材料去除亚铜离子后，随空气暴露时间的增加的紫外-红外可见分光光谱图；图9是本专利技术实施例9中提供的一种在聚二甲基二烯丙基氯化铵表面活性剂下棒状金纳米颗粒上包覆硒化铜复合纳米材料去除亚铜离子后，随空气暴露时间的增加紫外-红外可见分光光谱图；图10是本专利技术实施例5中提供的一种在不同长径比的棒状金纳米颗粒上包覆硒化铜复合纳米材料的透射电镜图；图11是本专利技术实施例5中提供的一种在不同长径比的棒状金纳米颗粒上包覆硒化铜复合纳米材料的紫外-红外可见分光光谱图；图12是本专利技术实施例12中提供的一种在聚丙烯酸表面活性剂下合成的硒化铜纳米颗粒检测还原剂亚铜离子时，其表面等离子共振吸收光谱本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态可逆调控表面等离子体共振性质的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）在保护性气氛中制备均匀分散的硫属铜化物包覆贵金属的纳米材料，所述纳米材料包括贵金属纳米颗粒及包覆所述贵金属纳米颗粒的硫属铜化物；（2）将步骤（1）制备的纳米材料暴露在空气中，并监测所述纳米材料的表面等离子共振吸收波长，实现对所述纳米材料的表面等离子共振性质的调控；（3）当所述纳米材料被在空气中暴露至表面等离子共振吸收波长不变时，向所述纳米材料中加入亚铜离子溶液，且在每次加入亚铜离子溶液后，监测所述纳米材料的表面等离子共振吸收波长，实现对所述纳米材料的表面等离子共振性质的可逆调控；（4）去除经步骤（3）处理后的所述纳米材料中的亚铜离子，并再次将所述纳米材料暴露在空气中，同时监测所述纳米材料的表面等离子共振吸收波长，实现对所述纳米材料的表面等离子共振性质的可逆调控。

【技术特征摘要】
1.一种动态可逆调控表面等离子体共振性质的方法，其特征在于包括以下步骤：（1）在保护性气氛中制备均匀分散的硫属铜化物包覆贵金属的纳米材料，所述纳米材料包括贵金属纳米颗粒及包覆所述贵金属纳米颗粒的硫属铜化物；（2）将步骤（1）制备的纳米材料暴露在空气中，并监测所述纳米材料的表面等离子共振吸收波长，实现对所述纳米材料的表面等离子共振性质的调控；（3）当所述纳米材料被在空气中暴露至表面等离子共振吸收波长不变时，向所述纳米材料中加入亚铜离子溶液，且在每次加入亚铜离子溶液后，监测所述纳米材料的表面等离子共振吸收波长，实现对所述纳米材料的表面等离子共振性质的可逆调控；（4）去除经步骤（3）处理后的所述纳米材料中的亚铜离子，并再次将所述纳米材料暴露在空气中，同时监测所述纳米材料的表面等离子共振吸收波长，实现对所述纳米材料的表面等离子共振性质的可逆调控。2.根据权利要求1所述动态可逆调控表面等离子体共振性质的方法，其特征在于包括：重复步骤（2）～步骤（4）的操作两次以上。3.根据权利要求1所述动态可逆调控表面等离子体共振性质的方法，其特征在于：所述硫属铜化物包括硒化铜或硫化铜；和/或，所述贵金属纳米颗粒的材质包括金、银、铂、钯、锡、钴和镍中的任意一种或两种以上的组合。4.根据权利要求1所述动态可逆调控表面等离子体共振性质的方法，其特征在于，所述硫属铜化物包覆贵金属的纳米材料的制备方法包括：在保护性气氛中，将贵金属纳米颗粒分散于去离子水中，并加入表面活性剂，形成纳米颗粒分散体；维持保护性气氛，同时向所述纳米颗粒分散体中加入硒源和/或硫源，之后加入还原剂，获得含有硒和/或硫包覆贵金属纳米颗粒中间体的反应体系；向所述含有硒和/或硫包覆贵金属纳米颗粒中间体的反应体系中加入铜源进行反应，形成所述硫属铜化物包覆贵金属的纳米材料。5.根据权利要求4所述动态可逆调控表面等离子体共振性质的方法，其特征在于包括：将贵金属盐分散于含有表面活性剂的溶剂...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜江，杨钟贞，邹彧，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：江苏,32