一种铝纳米粒子阵列、制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种铝纳米粒子阵列、制备方法及其应用，它包括以下步骤：(a)将金纳米粒子自组装在基底表面；(b)在所述基底表面形成PMMA薄膜使其覆盖所述金纳米粒子，得基底‑Au‑PMMA样品；(c)将所述基底‑Au‑PMMA样品用等离子体刻蚀使被所述PMMA薄膜覆盖的所述金纳米粒子暴露；再浸入KI/I2溶液中，超声震荡形成具有孔阵列结构的PMMA薄膜；(d)将步骤(c)的产物进行Al源蒸镀，随后浸入使所述PMMA薄膜溶解的有机溶剂中，进行超声处理使铝膜剥落后取出，即可在所述基底表面得到铝纳米粒子阵列。可用于提高有机太阳能电池的光电转换效率。

【技术实现步骤摘要】
一种铝纳米粒子阵列、制备方法及其应用
本专利技术属于纳米器件领域，涉及一种复合阴极缓冲层，具体涉及一种铝纳米粒子阵列、制备方法及其应用。
技术介绍
金属纳米结构的表面等离子体共振效应被认为是一种可有效提升各种光收集系统器件性能的有效途径，在光催化、光解水、光伏器件以及光探测器等诸多光电器件中具有广泛应用前景。金属纳米结构的表面等离子体共振效应可在纳米结构表面附近将光集中到纳米尺度范围内，并产生很强的局部近场增强效应。常用于表面等离子体共振纳金属主要是金、银和铂等贵金属。但上述贵金属材料的高昂价格和较窄的表面等离子体共振谱等问题，限制其进一步的广泛应用。近年来，在等离子体光学研究前沿，铝(Al)被认为一种有潜力替代常规贵金属材料的替代材料，引起越来越多的重视。这是因为，一方面Al纳米结构的表面等离子体共振谱具有更宽的波长范围(覆盖深紫外至近红外光谱范围)；另一方面，Al的价格低廉、来源广泛，更适用于商业开发、应用。但是，分散良好、尺寸和密度可控的Al纳米粒子的制备方法仍是Al等离子发展中面临的主要挑战之一。当前常用的构建Al纳米粒子阵列的方法主要包括：电子束刻蚀法、深紫外光刻法、纳米压印法以及纳米球模版法等。这些方法不但需要繁琐的工艺、贵重的设备，并且制备的Al纳米粒子阵列尺寸较小，不适用于制备光解水、光伏器件等。
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铝纳米粒子阵列的制备方法。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种铝纳米粒子阵列的制备方法，它包括以下步骤：(a)将金纳米粒子自组装在基底表面；(b)在所述基底表面形成PMMA薄膜使其覆盖所述金纳米粒子，得基底-Au-PMMA样品；(c)将所述基底-Au-PMMA样品用等离子体刻蚀使被所述PMMA薄膜覆盖的所述金纳米粒子暴露；再浸入KI/I2溶液中清洗，形成具有孔阵列结构的PMMA薄膜；(d)将步骤(c)的产物进行Al源蒸镀，随后浸入使所述PMMA薄膜溶解的有机溶剂中，进行超声处理使铝膜剥落后取出，即可在所述基底表面得到铝纳米粒子阵列。优化地，步骤(a)中，对所述基底进行过氧等离子体处理，浸入含有三甲氧基硅烷或三甲氧基硅烷衍生物的溶液中，再用双氧水溶液浸泡以进行基底表面修饰，随后浸入含有金纳米粒子的溶液中进行自组装即可。进一步地，步骤(b)中，所述三甲氧基硅烷衍生物为选自3-巯丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷和氨基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种组成的混合物。优化地，步骤(b)中，将含有PMMA的溶液旋涂在所述基底表面，烘干得所述基底-Au-PMMA样品。优化地，步骤(a)中，所述基底为负载有TiO2薄膜的ITO基底；步骤(d)中，所述有机溶剂为选自N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和甲苯中的一种或多种组成的混合物。本专利技术的又一目的在于提供一种铝纳米粒子阵列，它形成在基底表面，由上述任一方法制得。本专利技术的再一目的在于提供一种铝纳米粒子阵列的应用，它作为复合阴极缓冲层在有机太阳能电池中的应用。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：本专利技术铝纳米粒子阵列的制备方法，通过刻蚀覆盖在基底表面的PMMA薄膜使得其表面自组的金纳米粒子暴露，再用KI/I2溶液进行处理以形成具有孔阵列结构的模板，各步骤环环相扣以可以制备出分散性良好、粒径均一、尺寸和密度可控的Al纳米粒子阵列；该Al纳米粒子阵列具有在可见光区的表面等离子体共振性质，可用于提高有机太阳能电池的光电转换效率。附图说明图1为实施例中基底表面不同时期的SEM图：(a)形成有TiO2纳米薄膜；(b)形成有铝纳米粒子阵列；图2为本专利技术不同粒径的铝纳米粒子阵列的SEM图：(a)90nm；(b)100nm；图3为本专利技术铝纳米粒子阵列的应用：(a)制得的有机太阳能电池结构示意图；(b)制得的有机太阳能电池性能对比图。具体实施方式本专利技术铝纳米粒子阵列的制备方法，它包括以下步骤：(a)将金纳米粒子自组装在基底表面；(b)在所述基底表面形成PMMA薄膜使其覆盖所述金纳米粒子，得基底-Au-PMMA样品；(c)将所述基底-Au-PMMA样品用等离子体刻蚀使被所述PMMA薄膜覆盖的所述金纳米粒子暴露；再浸入KI/I2溶液中清洗，形成具有孔阵列结构的PMMA薄膜；(d)将步骤(c)的产物进行Al源蒸镀，随后浸入使所述PMMA薄膜溶解的有机溶剂中，进行超声处理使铝膜剥落后取出，即可在所述基底表面得到铝纳米粒子阵列。通过刻蚀覆盖在基底表面的PMMA薄膜使得其表面自组的金纳米粒子暴露，用KI/I2溶液进行处理以形成具有孔阵列结构的模板，再溶去PMMA薄膜使得铝膜剥落，这样可以制备出分散性良好、粒径均一、尺寸和密度可控的Al纳米粒子阵列；该Al纳米粒子阵列具有在可见光区的表面等离子体共振性质，可用于提高有机太阳能电池的光电转换效率。步骤(a)中，对所述基底进行过氧等离子体处理，浸入含有三甲氧基硅烷或三甲氧基硅烷衍生物的溶液中，再用双氧水溶液浸泡以进行基底表面修饰，随后浸入含有金纳米粒子的溶液中进行自组装即可。上述三甲氧基硅烷衍生物为选自3-巯丙基三甲氧基硅烷、3-甲基丙烯酰氧丙基三甲氧基硅烷和氨基丙基三甲氧基硅烷中的一种或多种组成的混合物。步骤(b)中，将含有PMMA的溶液旋涂在所述基底表面，烘干得所述基底-Au-PMMA样品。步骤(a)中，所述基底为负载有TiO2薄膜的ITO基底；步骤(d)中，所述有机溶剂为选自N,N-二甲基甲酰胺、N-甲基吡咯烷酮和甲苯中的一种或多种组成的混合物。下面将结合实施例对本专利技术进行进一步说明。在制备铝纳米粒子阵列之前，先进行前期的准备工作：1、将预先制备的直径约120nm金纳米粒子分散在超纯水中并清洗两次，备用(具体制备方法可参考文献：Ruan,Q.；Shao,L.；Shu,Y.；Wang,J.；Wu,H.GrowthofMonodisperseGoldNanosphereswithDiametersfrom20nmto220nmandTheirCore/SatelliteNanostructures.AdvancedOpticalMaterials2014,2(1),65-73.)；2、采用溶胶-凝胶(sol-gel)法在基底表面形成TiO2纳米薄膜：(1)配制浓度为0.5mol/LTiO2溶胶：取适量正丁醇加入储存瓶，加入适量浓度为2mol/L的双(乙酰丙酮基)二异丙基钛酸酯，然后在室温下进行磁力搅拌1小时左右即得到淡黄色透明溶胶；(2)ITO基底清洗：将ITO基底经弱碱性洗涤剂、超纯水、丙酮和异丙醇分别超声清洗10min，然后用氧等离子体处理1min(功率200W)；3)制备TiO2纳米薄膜：取适量的TiO2溶胶滴覆清洗后的ITO表面，以3000rmp/min的转速旋涂30s得到均匀的湿膜；4)将上述湿膜在150℃下烘烤10min，然后在380℃下热处理半小时即得到TiO2纳米薄膜修饰的ITO基底(记为ITO-TiO2基底，如图1(a)所示)；3、PMMA溶液制备：称取0.4g的PMMA置于储存瓶中，加入10mL甲苯，超声处理直至PMMA全部溶解，得到4wt％的PMMA溶液；4、配置I2-KI溶液：称取0.254gKI于储存瓶中，加入10本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种铝纳米粒子阵列的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：(a)将金纳米粒子自组装在基底表面；(b)在所述基底表面形成PMMA薄膜使其覆盖所述金纳米粒子，得基底‑Au‑PMMA样品；(c)将所述基底‑Au‑PMMA样品用等离子体刻蚀使被所述PMMA薄膜覆盖的所述金纳米粒子暴露；再浸入KI/I2溶液中清洗，形成具有孔阵列结构的PMMA薄膜；(d)将步骤(c)的产物进行Al源蒸镀，随后浸入使所述PMMA薄膜溶解的有机溶剂中，进行超声处理使铝膜剥落后取出，即可在所述基底表面得到铝纳米粒子阵列。

【技术特征摘要】
1.一种铝纳米粒子阵列的制备方法，其特征在于，它包括以下步骤：(a)将金纳米粒子自组装在基底表面；(b)在所述基底表面形成PMMA薄膜使其覆盖所述金纳米粒子，得基底-Au-PMMA样品；(c)将所述基底-Au-PMMA样品用等离子体刻蚀使被所述PMMA薄膜覆盖的所述金纳米粒子暴露；再浸入KI/I2溶液中清洗，形成具有孔阵列结构的PMMA薄膜；(d)将步骤(c)的产物进行Al源蒸镀，随后浸入使所述PMMA薄膜溶解的有机溶剂中，进行超声处理使铝膜剥落后取出，即可在所述基底表面得到铝纳米粒子阵列。2.根据权利要求1所述铝纳米粒子阵列的制备方法，其特征在于：步骤(a)中，对所述基底进行过氧等离子体处理，浸入含有三甲氧基硅烷或三甲氧基硅烷衍生物的溶液中，再用双氧水溶液浸泡以进行基底表面修饰，随后浸入含有金纳米粒子的溶液中进行自组装即可。3.根据权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：江林，梁志强，梁文凯，孙迎辉，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32