等离子体共振可逆调控银纳米颗粒薄膜及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及等离子体共振可逆调控银纳米颗粒薄膜及其制备方法与应用，该等离子体共振可逆调控银纳米颗粒薄膜，包括基体，所述的基体表面均匀设置有强碱弱酸盐覆盖层，所述的强碱弱酸盐覆盖层表面均匀设置有银纳米颗粒堆积形成的薄层。提供基底，将基底浸没在强碱弱酸盐水溶液后，取出再进行加热干燥；提供银纳米颗粒组装体分散液，采用喷涂的方法，将银纳米颗粒组装体分散液喷涂到基体表面，即得。本发明专利技术的等离子体共振可逆调控银纳米颗粒薄膜具有优异的SPR可逆调控特性。通过施加水汽，呵气，甚至指尖缓慢接触都可以驱动银纳米颗粒薄膜发生可逆的颜色转化。

【技术实现步骤摘要】
等离子体共振可逆调控银纳米颗粒薄膜及其制备方法与应用
本专利技术涉及等离子体共振可逆调控银纳米颗粒薄膜及其制备方法与应用，属于智能膜材料

技术介绍
贵金属纳米颗粒由于其具有较强的等离子共振(SPR)特性，因而在表面增强拉曼散射信号、生物识别、可视化检测、颜色显示、催化以及光电等领域有着重要应用，备受学术界关注。近年来，由于动态可逆调控贵金属纳米颗粒等离子体共振特性在防伪，环境检测，生物和化学检测等领域有着重要应用，因此成为研究者们关注的焦点。由单一的贵金属纳米颗粒通过对其表面进行功能化修饰来控制颗粒间相互作用进而组装形成组装体，通过调控组装体中相邻纳米颗粒间的间距可以实现相邻颗粒间耦合作用的动态可逆调控，成为实现等离子体动态可逆调控的有效方法。目前，溶液中的动态等离子体共振调控已经取得了丰硕成果。通过外场刺激，例如光、热、pH、电场和磁场，成功实现了相邻纳米颗粒间间距的调控，进而实现了动态等离子体共振特性的调控。与溶液相相比，固相体系更加有利于实际应用。因此，近年来在研究者们的不懈努力下，固相下的外场响应动态可逆等离子体共振特性调控的研究也取得了一定进展，但是主要集中在金纳米颗粒(AuNPs)的研究。例如，Li等人将金纳米颗粒的二聚体分散到纤维素凝胶中，制备了一种可视化传感器，可用于葡萄糖检测。通过改变pH来驱动凝胶膜发生可逆溶胀，进而实现AuNPs间距的动态调控，同时伴随颜色由蓝色到红色的可逆变化(Adv.Funct.Mater.2018,28,1707392)。Fan等人在AuNPs表面修饰上DNA分子，然后在玻璃片表面制备了单层金纳米颗粒薄膜，在水汽作用下驱动DNA分子的溶胀进而实现颗粒间距的动态调控，宏观上实现了蓝色和红色之间的可逆调控(Adv.Mater.2017,29,1606796)。目前，关于固相下的外场响应动态可逆等离子体共振特性调控的研究还存在以下问题：(1)研究主要集中在金纳米颗粒上；(2)等离子体共振吸收光谱调制范围较小；(3)可逆等离子体共振调控速率慢，且循环寿命差。银纳米颗粒是一种典型的贵金属纳米材料，具有优异的等离子体共振特性。与金纳米颗粒相比较，银纳米颗粒具有一些天然的优势，例如(1)银纳米颗粒具有较强的等离子体共振活性；(2)由于银纳米颗粒具有较高的带间跃迁能，因此银纳米颗粒的等离子体共振吸收光谱蓝移至紫外区(420nm)；(3)金属银存储量大，价格便宜。由于银纳米颗粒活泼的化学特性，因此，目前在固相下，通过外场刺激实现相邻银纳米颗粒(AgNPs)间距调控，进而实现银纳米颗粒等离子体共振特性动态可逆调控的研究尚未报道。因此，如何制备性能优异的外场响应型等离子体共振可逆调控银纳米颗粒薄膜是当前亟需解决的关键科学问题。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种等离子体共振可逆调控银纳米颗粒薄膜及其制备方法与应用。本专利技术的技术方案如下：一种等离子体共振可逆调控银纳米颗粒薄膜，包括基体，所述的基体表面均匀设置有强碱弱酸盐覆盖层，所述的强碱弱酸盐覆盖层表面均匀设置有银纳米颗粒堆积形成的薄层。根据本专利技术，优选的，所述的银纳米颗粒为经过羧酸根修饰的银纳米颗粒，进一步优选经过聚丙烯酸修饰的银纳米颗粒；优选的，所述的银纳米颗粒的SPR吸收波长范围为400nm-590nm。根据本专利技术，优选的，所述的银纳米颗粒堆积形成的薄层的厚度为10-500μm，进一步优选50～300μm。根据本专利技术，优选的，所述的基体为玻璃片、塑料纸或金属片等。根据本专利技术，优选的，所述的强碱弱酸盐包括：碳酸钠、钨酸钠、乙酸钠、亚硫酸钠，偏铝酸钠、磷酸钠、硼酸钠、硅酸钠、碳酸钾或磷酸钾等。根据本专利技术，上述等离子体共振可逆调控银纳米颗粒薄膜的制备方法，包括步骤如下：提供基底，将基底浸没在强碱弱酸盐水溶液后，取出再进行加热干燥以去除基底表面的水分；提供银纳米颗粒组装体分散液，所述分散液的分散剂组成必须包含有水；采用喷涂的方法，将银纳米颗粒组装体分散液喷涂到基体表面，去除分散剂，即得等离子体共振可逆调控银纳米颗粒薄膜。根据本专利技术，优选的，所述的强碱弱酸盐水溶液的摩尔浓度为0.01-1mol/L，进一步优选0.02-0.3mol/L。根据本专利技术，优选的，浸没强碱弱酸盐水溶液后再进行加热干燥以去除表面水分的过程中，干燥温度为25-100℃，进一步优选25-80℃。根据本专利技术，优选的，所述分散液中分散剂为乙醇和水的混合溶剂；进一步优选乙醇占混合溶剂的质量分数为5-95％，最优选30～90％。分散剂中如果没有水的存在，使得银纳米颗粒组装体在喷涂到基体表面时，无法首先进行解离，然后再随着分散剂挥发过程中进行二次组装形成银纳米颗粒薄膜。而是银纳米颗粒组装体直接堆积在基体表面，因而所形成的银纳米颗粒薄膜不具备外场刺激响应颜色调控的性质。根据本专利技术，优选的，所述的银纳米颗粒组装体分散液的质量分数为5-100mg/mL，进一步优选10～60mg/mL。根据本专利技术，所述的银纳米颗粒组装体的SPR吸收波长范围为410nm-590nm；可按现有技术制备得到。可参照(AssemblyandDynamicPlasmonicTuningofAgNanoparticlesEnabledbyLimitedLigandProtection,NanoLett.2018,18,5312-5318.)。优选的，银纳米颗粒组装体，按照如下方法制备得到：取32mg聚丙烯酸(PAA，Mn＝1800)溶解在15mL乙二醇溶液中，加热到192-197℃，将0.1g的硝酸银溶解在3mL乙二醇中，然后采用注射器快速将其注射到上述乙二醇溶液中，在192-197℃下分别反应2、3、4、5、6和8分钟，即可以分别制备得到SPR吸收波长范围为400-420nm，400-480nm，400-510nm，400-540nm，400-560nm和400-590nm的银纳米颗粒组装体的原产物；将得到的原产物用丙酮离心洗涤后，即可得到银纳米颗粒组装体。根据本专利技术，优选的，银纳米颗粒组装体分散液的制备过程，包括步骤如下：以乙醇和水的混合溶剂作为分散剂，配制质量分数为5～100mg/mL的银纳米颗粒组装体分散液，搅拌，超声混合均匀。根据本专利技术，优选的，喷涂过程中在25-100℃的温度环境下进行，进一步优选在25-80℃的温度环境下进行。喷涂环境温度过高，可能会使得强碱弱酸盐发生严重结晶，因而在施加水汽时无法进行水解，使得银纳米颗粒薄膜不具备水汽响应SPR颜色调控性质。根据本专利技术，优选的，喷涂流量为0.5-100mL/min，进一步优选1-30mL/min；优选的，控制每平方厘米基体上的喷涂时间为2-30s，进一步优选5-15s。如果喷涂时间太长，将直接导致银纳米颗粒堆积层变厚，而丧失水汽响应SPR颜色调控性质。根据本专利技术，喷涂完成后，去除分散剂可采用自然蒸发、干燥等方式。根据本专利技术，等离子体共振可逆调控本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种等离子体共振可逆调控银纳米颗粒薄膜，其特征在于，该银纳米颗粒薄膜包括基体，所述的基体表面均匀设置有强碱弱酸盐覆盖层，所述的强碱弱酸盐覆盖层表面均匀设置有银纳米颗粒堆积形成的薄层。/n

【技术特征摘要】
1.一种等离子体共振可逆调控银纳米颗粒薄膜，其特征在于，该银纳米颗粒薄膜包括基体，所述的基体表面均匀设置有强碱弱酸盐覆盖层，所述的强碱弱酸盐覆盖层表面均匀设置有银纳米颗粒堆积形成的薄层。


2.根据权利要求1所述的等离子体共振可逆调控银纳米颗粒薄膜，其特征在于，所述的银纳米颗粒为经过羧酸根修饰的银纳米颗粒，优选经过聚丙烯酸修饰的银纳米颗粒；
优选的，所述的银纳米颗粒的SPR吸收波长范围为400nm-590nm。


3.根据权利要求1所述的等离子体共振可逆调控银纳米颗粒薄膜，其特征在于，所述的银纳米颗粒堆积形成的薄层的厚度为10-500μm，优选50～300μm。


4.根据权利要求1所述的等离子体共振可逆调控银纳米颗粒薄膜，其特征在于，所述的基体为玻璃片、塑料纸或金属片。


5.根据权利要求1所述的等离子体共振可逆调控银纳米颗粒薄膜，其特征在于，所述的强碱弱酸盐包括：碳酸钠、钨酸钠、乙酸钠、亚硫酸钠，氢硫酸钠、偏铝酸钠、磷酸钠、硼酸钠、硅酸钠、碳酸钾或磷酸钾。


6.权利要求1-5任一项所述的等离子体共振可逆调控银纳米颗粒薄膜的制备方法，包括步骤如下：
提供基底，将基底浸没在强碱弱酸盐水溶液后，取出...

【专利技术属性】
技术研发人员：王文寿，刘伦涛，李新典，杨智民，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东;37