一种增强SERS活性的太阳花纳米阵列结构及其制备方法技术

本发明专利技术涉及纳米材料技术领域，公开了一种增强SERS活性的太阳花纳米阵列结构及其制备方法。该制备方法包括以下步骤：清洗硅片；通过自组装法，在硅片表面制备由两种直径的聚苯乙烯微球构成的有序的单层太阳花阵列；所述两种聚苯乙烯微球的直径比为1:(2.5~10)；对聚苯乙烯微球阵列进行刻蚀，直到直径较小的聚苯乙烯微球的直径缩小10%~40%；在刻蚀完成的阵列上溅射银，即制得增强SERS活性的太阳花纳米阵列结构。通过本发明专利技术的制备方法制得的太阳花纳米阵列结构，其SERS活性较大，能提高SERS检测的灵敏性、准确性和重复性。

【技术实现步骤摘要】
一种增强SERS活性的太阳花纳米阵列结构及其制备方法
本专利技术涉及纳米材料
，尤其涉及一种增强SERS活性的太阳花纳米阵列结构及其制备方法。
技术介绍
表面增强拉曼散射（Surface-EnhancedRamanScattering，SERS）技术是指特殊制备的银、金或铜等金属片的粗糙表面或者颗粒表面在吸附了某种分子时，导致被吸附分子的拉曼散射信号强度大大提高的现象。SERS检测由于具有高灵敏度、良好的重现性和操作方便等优点，现已成为吸附和催化反应试验、单分子检测、医学检查、复杂蛋白质研究和多组分免疫反应等多个领域的有前途的应用技术。因为纳米结构的SERS增强依赖于金属纳米结构的光学共振特性，为了更好地利用SERS信号检测标记物，人们开发了许多新的纳米阵列结构。并且，对贵金属纳米粒子的研究表明，贵金属纳米结构能够将光线集中在小体积中，提高了金属纳米结构附近的光线质量和局部电磁场。当相邻贵金属纳米粒子之间存在纳米尺度间隙时，会引起局域表面等离子体共振（LSPR），进而诱导强烈的等离子体激子耦合，产生强烈的光-物质相互作用，大大增强了金属纳米结构附近的局域电磁场，电磁场强度增大的区域成为SERS光谱的“热点”，使待测物的拉曼散射信号大大提高。强电场能显著提高SERS光谱的灵敏度。因此，基于LSPR特性的银等贵金属材料形成的纳米阵列结构，被广泛应用于检测时SERS活性的提高，使其在各个领域都有极好地发展。目前制备SERS基底的常用方法是通过同种聚苯乙烯微球自组装、刻蚀聚苯乙烯微球、在聚苯乙烯微球表面溅射金属的过程，获得有序的六角堆积形纳米阵列结构，即每个纳米粒子周围均匀分布有6个相同的纳米粒子。例如，申请号为CN201710303211.6的中国专利文献公开了Ag/Fe/Ag三明治纳米帽结构的表面增强拉曼散射活性基底及其制备方法，包括以下步骤：（1）采用自组装法制备出二维六角密堆形聚苯乙烯模板；（2）通过等离子体刻蚀技术将其形成有间隙的聚苯乙烯模板；（3）利用磁控溅射法在聚苯乙烯模板表面依次沉积40nm厚的Ag、5~20nm厚的Fe和40nm厚的Ag，得到Ag/Fe/Ag三明治纳米帽结构的表面增强拉曼散射活性基底。通过这种方法制备SERS基底，若要增大气SERS检测的活性，则需要减小制备过程中所使用的聚苯乙烯微球的直径，但当微球直径缩小时，分子的布朗运动会加剧，使得微球在排布的过程中越发的不均匀，自组装过程难以控制聚苯乙烯微球之间彼此紧挨，会导致制得的阵列结构中纳米粒子之间的间隙难以控制，影响纳米粒子之间的耦合，进而影响SERS检测的活性；并且，各纳米粒子之间的间隙不一也会导致阵列结构周期性较差，在SERS基底各处检测到的信号强度不同，影响SERS检测的准确性和重复性。
技术实现思路
为了解决上述技术问题，本专利技术提供了一种增强SERS活性的太阳花纳米阵列结构及其制备方法。通过该方法制得的太阳花纳米阵列结构，其SERS活性较大，能提高SERS检测的灵敏性，对SERS的理论探究和发展具有重要意义。本专利技术的具体技术方案为：一种增强SERS活性的太阳花纳米阵列结构，包括若干银大纳米帽和若干银小纳米帽；每个所述银大纳米帽的周围均匀分布有6个银大纳米帽；每个所述银大纳米帽的周围均围绕有一圈银小纳米帽。纳米粒子之间的的等离子体激子耦合与其间隙大小密切相关，而现有的六角堆积形纳米阵列结构，即每个纳米粒子周围均匀分布有6个相同的纳米粒子，由于制备方法的局限性，阵列结构中纳米粒子之间的间隙大小难以控制，而纳米粒子之间的间隙大小对其等离子体激子耦合有很大的影响，因而会导致其作为SERS基底使用时，激光照射范围内纳米粒子之间的耦合较小，致使SERS信号强度弱，即SERS活性低，SERS光谱的灵敏度低；并且，各纳米粒子之间的间隙不一也会导致阵列结构周期性较差，在SERS基底各处检测到的信号强度不同，影响SERS检测的准确性和重复性。而本专利技术的太阳花纳米阵列结构能更好地控制银小纳米帽之间的间隙尺寸，因而能提高SERS检测的灵敏度、准确性和重复性。作为优选，所述银大纳米帽的内径为500~1000nm，银小纳米帽的内径为60~190nm。作为优选，所述银大纳米帽和银小纳米帽的厚度为10~20nm。一种增强SERS活性的太阳花纳米阵列结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）清洗硅片；（2）通过自组装法，在硅片表面制备由两种直径的聚苯乙烯微球构成的有序的单层太阳花阵列；所述太阳花阵列中每个直径较大的聚苯乙烯微球的周围均匀分布有6个直径较大的聚苯乙烯微球，每个直径较大的聚苯乙烯微球的周围围绕有一圈直径较小的聚苯乙烯微球；所述两种聚苯乙烯微球的直径比为1:(2.5~10)；（3）对步骤（2）制得的聚苯乙烯微球阵列进行刻蚀，直到直径较小的聚苯乙烯微球的直径缩小10%~40%；（4）在步骤（3）刻蚀完成的阵列上溅射银，在每个聚苯乙烯微球上形成球状包覆的纳米帽，即获得由若干银大纳米帽和若干银小纳米帽构成的增强SERS活性的太阳花纳米阵列结构。本专利技术的制备方法使用两种直径的聚苯乙烯微球，通过自组装使其形成有序的太阳花阵列结构，即每个直径较大的聚苯乙烯微球的周围均匀分布有6个直径较大的聚苯乙烯微球，每个直径较大的聚苯乙烯微球的周围围绕有一圈直径较小的聚苯乙烯微球，且两种聚苯乙烯微球均为单层。而后对聚苯乙烯微球进行刻蚀，由于直径较大的聚苯乙烯微球的表面积大，在刻蚀过程中直径缩小的速度慢，因此，通过控制两种直径的聚苯乙烯微球之间的直径比，可保证当直径较小的聚苯乙烯微球缩小到某一程度前，直径较大的聚苯乙烯微球的缩小程度可忽略不计，此时，直径较小的聚苯乙烯微球之间形成纳米尺度的缝隙，并且每个直径较小的聚苯乙烯微球仍被相邻的两个直径较大的聚苯乙烯微球支撑着，不会掉落到硅片上。刻蚀完成后，在聚苯乙烯微球表面溅射银，形成球状包覆的纳米帽，获得太阳花纳米阵列结构。在该太阳花纳米阵列结构中，银小纳米帽之间存在的间隙能使银小纳米帽之间产生强烈的等离子体激子耦合。现有的只使用一种直径的聚苯乙烯微球制备纳米阵列结构的技术，若要增大SERS活性，则需要减小制备过程中所使用的聚苯乙烯微球的直径，但当微球直径缩小时，分子的布朗运动会加剧，使得微球在排布的过程中越发的不均匀，导致微球之间的间隙难以控制，影响SERS检测的灵敏度、准确性和重复性。本专利技术采用两种聚苯乙烯微球，在自组装过程中，更易保证直径较小的聚苯乙烯微球之间彼此紧挨，从而控制银小纳米帽之间的间隙尺寸，使SERS检测时，激光照射范围内纳米粒子之间的耦合更大，从而使SERS信号强度更大，即增大SERS活性，以增大SERS光谱的灵敏度；银小纳米帽之间的间隙尺寸差异较小，也能使纳米阵列结构的周期性更好，从而提高SERS检测的准确性和重复性。作为优选，步骤（2）的具体步骤如下：（2.1）将两种直径的聚苯乙烯微球充分混合后，加入酒精，均匀混合；（2.2）取步骤（2.1）获得的混合液滴到硅片上，轻轻晃动使其分散开；...

【技术保护点】
1.一种增强SERS活性的太阳花纳米阵列结构，其特征在于，包括若干银大纳米帽和若干银小纳米帽；每个所述银大纳米帽的周围均匀分布有6个银大纳米帽；每个所述银大纳米帽的周围均围绕有一圈银小纳米帽。/n

【技术特征摘要】
1.一种增强SERS活性的太阳花纳米阵列结构，其特征在于，包括若干银大纳米帽和若干银小纳米帽；每个所述银大纳米帽的周围均匀分布有6个银大纳米帽；每个所述银大纳米帽的周围均围绕有一圈银小纳米帽。


2.如权利要求1所述的一种增强SERS活性的太阳花纳米阵列结构，其特征在于，所述银大纳米帽的内径为500~1000nm，银小纳米帽的内径为60~190nm。


3.如权利要求1所述的一种增强SERS活性的太阳花纳米阵列结构，其特征在于，所述银大纳米帽和银小纳米帽的厚度为10~20nm。


4.一种如权利要求1~3之一所述的增强SERS活性的太阳花纳米阵列结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）清洗硅片；
（2）通过自组装法，在硅片表面制备由两种直径的聚苯乙烯微球构成的有序的单层太阳花阵列；所述太阳花阵列中每个直径较大的聚苯乙烯微球的周围均匀分布有6个直径较大的聚苯乙烯微球，每个直径较大的聚苯乙烯微球的周围围绕有一圈直径较小的聚苯乙烯微球；所述两种聚苯乙烯微球的直径比为1:(2.5~10)；
（3）对步骤（2）制得的聚苯乙烯微球阵列进行刻蚀，直到直径较小的聚苯乙烯微球的直径缩小10%~40%；
（4）在步骤（3）刻蚀完成的阵列上溅射银，在每个聚苯乙烯微球上形成球状包覆的纳米帽，即获得由若干银大纳米帽和若干银小纳米帽构成的增强SERS活性的太阳花纳米阵列结构。


5.如权利要求4所述的一种增强SERS活性的太阳花纳米阵列结构的制备方法，其特征在于，步骤（2）的具体步骤如下：
（2.1）将两种直径的聚苯乙烯微球充分混合后，加入酒精，均匀混合；
（2.2）取步骤（2.1）获得的混合液滴到硅片上，轻轻晃动使其分散开；
（2...

【专利技术属性】
技术研发人员：王雅新，温嘉红，赵晓宇，张永军，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33