一种非密排二氧化硅环纳米阵列及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种非密排二氧化硅环纳米阵列及其制备方法，包括：对石英片进行清洗，并对清洗后的洁净石英片进行烘干，然后放于紫外臭氧清洗机中进行辐照，从而制得表面亲水的洁净石英片；采用气液界面自组装方法，在洁净石英片表面制备出紧密排列的单层聚苯乙烯胶体球阵列；以石英片上的单层聚苯乙烯胶体球阵列为模板，采用磁控溅射沉积方法在所述模板的表面沉积一层银膜；对表面沉积有银膜的单层聚苯乙烯胶体球阵列进行热处理，从而制得石英基底的银纳米颗粒阵列；将石英基底的银纳米颗粒阵列浸泡于硝酸中，以去除银纳米颗粒，从而制得非密排二氧化硅环纳米阵列。本发明专利技术不仅纳米阵列的机械强度和牢固度都很高，而且制备工艺简单、成本低廉、对设备要求低。

A non close packed silica ring nano array and its preparation method

The invention discloses a non dense silica ring nano array and a preparation method thereof, which comprises the following steps: cleaning the quartz sheet, drying the cleaned quartz sheet, and then irradiating it in an ultraviolet ozone cleaner to prepare a hydrophilic clean quartz sheet; adopting a gas-liquid interface self-assembly method, preparing a closely arranged single on the surface of the clean quartz sheet A layer of polystyrene colloidal ball array; a layer of silver film is deposited on the surface of the template by magnetron sputtering deposition method with the single layer of polystyrene colloidal ball array on the quartz plate as the template; the single layer of polystyrene colloidal ball array with silver film on the surface is heat treated to obtain the silver nanoparticle array on the quartz substrate; the silver nanoparticle array on the quartz substrate is soaked in In nitric acid, to remove the silver nanoparticles, a non dense silica ring nano array is prepared. The nano array has high mechanical strength and firmness, simple preparation process, low cost and low equipment requirements.

【技术实现步骤摘要】
一种非密排二氧化硅环纳米阵列及其制备方法
本专利技术涉及二氧化硅纳米材料领域，尤其涉及一种非密排二氧化硅环纳米阵列及其制备方法。
技术介绍
近十年，纳米材料在生产和生活中得到了广泛应用。从纳米器件的角度来看，纳米尺度的体积不仅有利于与现有技术的集成，而且显示出许多独特的、优秀的新物理特性。将纳米颗粒按特定的方式排列起来，可构成有序纳米结构阵列，这是构建纳米器件的重要方案之一，可控的二维纳米结构阵列和微图案对制造微纳光电子器件、传感器及生物芯片都有重要意义。SiO2纳米材料具有优越的光学性能，其阵列结构在光学领域得到了广泛应用。但SiO2纳米材料在光学纳米器件中的应用主要局限于通过SiO2纳米颗粒或刻蚀来构筑二维纳米结构阵列。例如可以通过静电自组装技术将SiO2纳米颗粒组装到不同的光学器件上，作为太阳能减反射膜，但这种静电自组装的纳米颗粒机械强度和牢固度较差；或者可以通过电子束刻蚀或激光刻蚀等直接在二氧化硅基底上构筑微阵列结构，但这种工艺复杂，成本高，对设备要求高。此外，经调研发现，现有技术中没有构筑SiO2环微纳阵列的技术方案，因此急需提供一种工艺简单、成本低廉、对设备要求低的制备方法，来制备机械强度和牢固度都很高的SiO2环纳米阵列。
技术实现思路
针对现有技术中的上述不足之处，本专利技术提供了一种非密排二氧化硅环纳米阵列及其制备方法，不仅纳米阵列的机械强度和牢固度都很高，而且制备工艺简单、成本低廉、对设备要求低。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种非密排二氧化硅环纳米阵列的制备方法，包括以下步骤：步骤A、对石英片进行清洗，并对清洗后的洁净石英片进行烘干，然后放置于紫外臭氧清洗机中进行辐照，从而制得表面亲水的洁净石英片；步骤B、采用气液界面自组装方法在所述表面亲水的洁净石英片表面制备出紧密排列的单层聚苯乙烯胶体球阵列(即单层PS球阵列)；步骤C、以石英片上的单层聚苯乙烯胶体球阵列为模板，采用磁控溅射沉积方法在所述模板的表面沉积一层银膜；步骤D、对表面沉积有银膜的单层聚苯乙烯胶体球阵列进行热处理，设置170min从室温升高到850℃，保温1～5小时，从而制得石英基底的银纳米颗粒阵列；步骤E、将石英基底的银纳米颗粒阵列浸泡于硝酸中，以去除银纳米颗粒，从而制得非密排二氧化硅环纳米阵列。优选地，所述的对石英片进行清洗包括：将石英片放入清洗容器中，并加入体积比为1:1:1的丙酮、酒精和去离子水，覆上保鲜膜，超声清洗45min；然后将清洗容器中的废液倒出，并加入体积比为3:1的浓硫酸和双氧水，静置8小时后超声清洗30min；再将清洗容器中的废液倒出，并加入体积比为3:1:1的去离子水、氨水和双氧水，覆上保鲜膜，超声清洗30min；最后用去离子水反复清洗，从而得到清洗后的洁净石英片。优选地，采用气液界面自组装方法在所述表面亲水的洁净石英片表面制备出紧密排列的单层聚苯乙烯胶体球阵列包括：取聚苯乙烯胶体球悬浮液，并与乙醇等体积混合，再进行超声振荡处理，从而制得分散均匀的聚苯乙烯胶体球乙醇稀释液；将所述聚苯乙烯胶体球乙醇稀释液均匀滴加到表面覆盖了一层去离子水膜的玻璃片上，使聚苯乙烯胶体球形成单层膜；然后从玻璃片一侧吸去水分，并在干燥一段时间后，将聚苯乙烯胶体球单层膜转移到水中；再用表面亲水的洁净石英片将水中的聚苯乙烯胶体球单层膜捞起，从而在洁净石英片表面制备出紧密排列的单层聚苯乙烯胶体球阵列。优选地，所述表面覆盖了一层去离子水膜的玻璃片是在表面亲水的洁净玻璃片表面覆盖了一层去离子水膜：所述表面亲水的洁净玻璃片的制备方法包括：将玻璃片放入清洗容器中，并加入体积比为1:1:1的丙酮、酒精和去离子水，覆上保鲜膜，超声清洗45min；然后将清洗容器中的废液倒出，并加入体积比为3:1的浓硫酸和双氧水，静置8小时后超声清洗30min；再将清洗容器中的废液倒出，并加入体积比为3:1:1的去离子水、氨水和双氧水，覆上保鲜膜，超声清洗30min；最后用去离子水反复清洗，从而得到清洗后的洁净玻璃片；对清洗后的洁净玻璃片进行烘干，再放置于紫外臭氧清洗机中辐照10～40min，从而制得表面亲水的洁净玻璃片。一种非密排二氧化硅环纳米阵列，采用上述的非密排二氧化硅环纳米阵列的制备方法制备而成。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，本专利技术所提供的非密排二氧化硅环纳米阵列将聚苯乙烯胶体球自组装在玻璃片上，并通过无损转移方法转移到石英片上，形成了紧密排列的单层聚苯乙烯胶体球阵列，然后以该单层聚苯乙烯胶体球阵列为模板沉积一层银膜，再进行热处理和去除银纳米颗粒的步骤，从而即可制得直接生长在石英基底上的非密排二氧化硅环纳米阵列，不仅纳米阵列的机械强度和牢固度都很高，而且制备工艺简单、成本低廉、对设备要求低。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例1的步骤d中石英基底的银纳米颗粒阵列的SEM图。图2为本专利技术实施例1最终制得的非密排二氧化硅环纳米阵列的SEM图。图3为本专利技术实施例1的步骤d中保温不同时间后最终制得的非密排二氧化硅环纳米阵列的吸收光谱示意图。图4为本专利技术实施例提供非密排二氧化硅环纳米阵列的制备方法的流程示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。下面对本专利技术所提供的非密排二氧化硅环纳米阵列及其制备方法进行详细描述。本专利技术实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。一种非密排二氧化硅环纳米阵列的制备方法，可以包括以下步骤：步骤A、对石英片进行清洗，并对清洗后的洁净石英片进行烘干，然后放置于紫外臭氧清洗机中辐照10～40min，从而制得表面亲水的洁净石英片。步骤B、采用气液界面自组装方法在所述表面亲水的洁净石英片表面制备出紧密排列的单层聚苯乙烯胶体球阵列。步骤C、以石英基底的单层聚苯乙烯胶体球阵列为模板，采用磁控溅射沉积方法在所述模板的表面沉积一层银膜。步骤D、对表面沉积有银膜的单层聚苯乙烯胶体球阵列放入马弗炉进行热处理，设置170min从室温升高到850℃，保温1～5小时，从而制得石英基底的银纳米颗粒阵列。步骤E、将石英基底的银纳米颗粒阵列浸泡于硝酸中，以去除银纳米颗粒，从而制得非密排二氧化硅环纳米阵列。具体地，该非密排二氧化硅环纳米阵列的制备方法可以包括以下实施方案：(1)所述的对石英片进行清洗包括：将石英片放入清洗容器中，并加入体积比为1:1:1的丙酮、酒精和去离本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非密排二氧化硅环纳米阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤A、对石英片进行清洗，并对清洗后的洁净石英片进行烘干，然后放置于紫外臭氧清洗机中进行辐照，从而制得表面亲水的洁净石英片；/n步骤B、采用气液界面自组装方法在所述表面亲水的洁净石英片表面制备出紧密排列的单层聚苯乙烯胶体球阵列；/n步骤C、以石英片上的单层聚苯乙烯胶体球阵列为模板，采用磁控溅射沉积方法在所述模板的表面沉积一层银膜；/n步骤D、对表面沉积有银膜的单层聚苯乙烯胶体球阵列进行热处理，设置170min从室温升高到850℃，保温1～5小时，从而制得石英基底的银纳米颗粒阵列；/n步骤E、将石英基底的银纳米颗粒阵列浸泡于硝酸中，以去除银纳米颗粒，从而制得非密排二氧化硅环纳米阵列。/n

【技术特征摘要】
1.一种非密排二氧化硅环纳米阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、对石英片进行清洗，并对清洗后的洁净石英片进行烘干，然后放置于紫外臭氧清洗机中进行辐照，从而制得表面亲水的洁净石英片；
步骤B、采用气液界面自组装方法在所述表面亲水的洁净石英片表面制备出紧密排列的单层聚苯乙烯胶体球阵列；
步骤C、以石英片上的单层聚苯乙烯胶体球阵列为模板，采用磁控溅射沉积方法在所述模板的表面沉积一层银膜；
步骤D、对表面沉积有银膜的单层聚苯乙烯胶体球阵列进行热处理，设置170min从室温升高到850℃，保温1～5小时，从而制得石英基底的银纳米颗粒阵列；
步骤E、将石英基底的银纳米颗粒阵列浸泡于硝酸中，以去除银纳米颗粒，从而制得非密排二氧化硅环纳米阵列。


2.根据权利要求1所述的非密排二氧化硅环纳米阵列的制备方法，其特征在于，所述的对石英片进行清洗包括：将石英片放入清洗容器中，并加入体积比为1:1:1的丙酮、酒精和去离子水，覆上保鲜膜，超声清洗45min；然后将清洗容器中的废液倒出，并加入体积比为3:1的浓硫酸和双氧水，静置8小时后超声清洗30min；再将清洗容器中的废液倒出，并加入体积比为3:1:1的去离子水、氨水和双氧水，覆上保鲜膜，超声清洗30min；最后用去离子水反复清洗，从而得到清洗后的洁净石英片。


3.根据权利要求1或2所述的非密排二氧化硅环纳米阵列的制备方法，其特征在于，采用气液界面自组装方法在所述表面亲水的...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘广强，徐望胜，张鹏，蔡伟平，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34