基于表面等离激元模式的量子点发射波长的调控方法技术

本发明专利技术公开了一种基于表面等离激元模式的量子点发射波长的调控方法，通过构筑银纳米棒阵列—PMMA薄膜—CdSe/ZnS量子点耦合发射结构，实现了表面等离激元模式与CdSe/ZnS量子点发射的耦合，从而实现了CdSe/ZnS量子点发射波长的变化。通过改变电沉积时间来获得表面等离激元模式不同的银纳米棒阵列，利用不同的表面等离激元模式与CdSe/ZnS量子点发射的耦合来实现量子点在不同波长处的发射，最终实现了CdSe/ZnS量子点发射波长在一定范围内的调控。本发明专利技术避免大量使用毒性试剂、调控步骤复杂及调控所需时间过长等一系列缺点，绿色高效地实现CdSe/ZnS量子点发射波长的调控。

【技术实现步骤摘要】
基于表面等离激元模式的量子点发射波长的调控方法
本专利技术涉及表面等离激元和量子点发光
，尤其涉及一种基于表面等离激元模式的CdSe/ZnS量子点发射波长的调控方法。
技术介绍
近年来，量子点由于具有荧光强度高而稳定、荧光寿命长、激发光谱宽且连续、发射光谱窄而对称、漂白速率慢、灵敏度高等特点，广泛应用于光催化、光敏传感器、发光材料、荧光探针标记等领域。CdSe/ZnS量子点由于具有特殊优良的可见及近红外光谱区荧光发射性质，可应用于太阳能电池、发光器件与生物荧光标记等领域，特别适用于量子点发光二极管（QLED）的绿光和红光组成部分。目前，可以通过多种技术合成CdSe/ZnS量子点，如溶剂热法、水热法及热分解法等，但所合成的CdSe/ZnS量子点通常只具有单一荧光颜色。荧光色彩的单一性将会限制其在生物荧光标记、医学显影及发光显示等方面的应用。由于CdSe/ZnS量子点荧光颜色取决于其发射波长，因此，开发一种可有效调控CdSe/ZnS量子点发射波长的方法，丰富其荧光颜色，具有很好的应用价值。调控CdSe/ZnS量子点发射波长方面，最先通过化学修饰法、离子掺杂法、光化学反应法等实现了其发射波长的调控，但是这些方法需要使用大量的毒性化学试剂，且调控步骤繁琐，调控所需的时间过长，不具有便捷性。高温热处理调控法也实现了量子点发射波长的调控，但是这种方法不易控制温度及处理时间，会造成量子点结构被破坏，失去量子点特性。利用表面等离激元模式调控量子点的发射波长，无需使用大量的毒性化学试剂，且在常温下即可完成。通过构筑纳米结构阵列与CdSe/ZnS量子点耦合结构，实现表面等离激元模式与量子点发射的耦合。当纳米结构阵列的表面等离激元模式的共振峰与CdSe/ZnS量子点的发射光谱存在一定程度的重合时，纳米结构阵列会与量子点之间发生能量转移，量子点被激发产生的电子-空穴对以激子的形式释出，在纳米结构阵列表面等离激元共振腔的作用下，激子的能量转移到纳米结构阵列的表面等离激元上，量子点的能量降低，因此发射波长会向长波长方向移动，从而实现了对CdSe/ZnS量子点发射波长的调控。
技术实现思路
本专利技术目的就是为了弥补已有技术的缺陷，提供一种无化学修饰的基于表面等离激元模式的CdSe/ZnS量子点发射波长的调控方法。本专利技术是通过以下技术方案实现的：本专利技术为了环保、高效地解决CdSe/ZnS量子点发射波长的调控问题，通过电沉积制备以多孔氧化铝模板为基底的银纳米棒阵列作为表面等离激元共振腔，以PMMA薄膜作为介质层与CdSe/ZnS量子点构筑耦合发射结构，实现银纳米棒阵列表面等离激元模式与量子点发射的耦合，银纳米棒阵列与量子点之间发生能量转移，量子点被激发产生的电子-空穴对以激子的形式释出，本来会以光子的形式结合，但是在银纳米棒阵列表面等离激元共振腔的作用下，激子的能量在不发生明显的辐射时转移到银纳米棒的表面等离激元上，量子点能量降低，发射峰会收窄，且量子点的发射波长会向长波长方向移动，同时使CdSe/ZnS量子点的荧光颜色由超亮红色向深红色方向变化。本专利技术通过改变电沉积时间制备不同表面等离激元模式的银纳米棒阵列，利用不同表面等离激元模式与CdSe/ZnS量子点发射的耦合，实现CdSe/ZnS量子点在不同波长处的发射，从而实现了CdSe/ZnS量子点发射波长在一定范围内的调控。一种无化学修饰的基于表面等离激元模式的量子点发射波长的调控方法，具体的包括以下步骤：（1）在双通的多孔氧化铝模板的背面利用金靶离子溅射仪喷金制备一层金膜作为工作电极；（2）把多孔氧化铝模板作为银纳米棒生长的基底，利用电化学沉积的方法制备银纳米棒阵列。通过控制电沉积的时间不同，制备出5组表面等离激元模式不同的银纳米棒阵列，利用物理抛光的方法去除背面的金膜后得到的银纳米棒阵列记作样品Ⅰ-Ⅴ，并将其分别固定在干净的载玻片上；（3）配制质量分数为1%的PMMA的乙酸乙酯溶液，将配制好的PMMA溶液滴加到银纳米棒阵列样品Ⅰ-Ⅴ的背面（去除金膜的一面）上，随后将载有银纳米棒阵列样品Ⅰ-Ⅴ的载玻片固定在匀胶机的吸盘上，利用匀胶机在银纳米棒阵列背面旋涂制得一层PMMA薄膜作为银纳米棒阵列与CdSe/ZnS量子点之间的介质层；（4）将CdSe/ZnS量子点溶液滴加到银纳米棒阵列样品Ⅰ-Ⅴ的PMMA薄膜上，静置等待其成膜。得到5组银纳米棒阵列—PMMA薄膜—CdSe/ZnS量子点耦合发射结构；（5）将经过步骤（4）制备得到的5组银纳米棒阵列—PMMA薄膜—CdSe/ZnS量子点耦合发射结构利用激发光激发后，通过光谱仪收集光信号，测得它们的发射波长，实现对CdSe/ZnS量子点发射波长的调控。步骤（1）喷金时的真空度为10-2Pa，工作电流为40mA，溅射时间为5-8min，得到的金膜的厚度约为60-100nm。步骤（2）中所述的电化学沉积制备银纳米棒阵列采用的是恒电压沉积（原先为两电极恒电压沉积，现在去掉两电极）的方法，步骤（1）中喷射的金膜作为工作电极，石墨电极作为对电极，工作电压设置为-0.1V，通过控制电沉积的时间依次为：280s，420s，500s，600s，700s制备出表面等离激元模式不同的银纳米棒阵列。步骤（3）中所述的1%的PMMA溶液所使用的溶剂为乙酸乙酯，PMMA与乙酸乙酯的质量比为1:99。PMMA的浓度不宜过高或过低，否则会影响后续旋涂成膜时PMMA膜的厚度。PMMA溶液滴加的方法为移液枪滴定，滴加量为10μL，匀胶机速度设置为5000r/min，旋涂时间为30s，旋涂制备得到的PMMA薄膜的厚度为20nm，此时银纳米棒阵列对量子点发光行为调控效果最强。若PMMA膜的厚度小于20nm，量子点会发生荧光淬灭；若PMMA膜的厚度大于20nm，银纳米棒阵列对量子点发光行为调控效果减弱；若PMMA膜的厚度大于150nm，银纳米棒阵列不会与量子点发生能量转移，也就不会对量子点的发射波长进行调控。步骤（4）中所述CdSe/ZnS量子点溶液加入的方法为移液枪滴定，CdSe/ZnS量子点溶液的浓度为0.1mg·mL-1，滴加量为5μL。CdSe/ZnS量子点的原始中心发射波长为642nm。CdSe/ZnS量子点溶液的浓度不宜过高，滴加量不宜过多，否则量子点会发生荧光淬灭。步骤（5）中所述测量银纳米棒阵列—PMMA薄膜—CdSe/ZnS量子点耦合发射结构的发射波长在室温下进行，测量样品时所采用的激发光波长为532nm，激发光能量为150μJ。本专利技术的优点是：本专利技术提供一种基于表面等离激元模式的CdSe/ZnS量子点发射波长的调控方法，与现有技术相对比，无需在合成时掺杂其它化学成分，也无需对其进行高温热处理。利用银纳米棒阵列作为表面等离激元共振腔，以PMMA薄膜作为介质层与CdSe/ZnS量子点构筑耦合结构，实现银纳米棒阵列表面等离激元模式与量子点发射的耦合，银纳米棒阵列与量子点之间发生能量转移，量子点被激发产生的电子-空穴对以激子的形式释出，本来会以光子的形式结合，但是在银本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于表面等离激元模式的量子点发射波长的调控方法，其特征在于：采用镶嵌在多孔氧化铝模板中的银纳米棒阵列作为表面等离激元共振腔，以PMMA薄膜作为银纳米棒阵列与CdSe/ZnS量子点之间的介质层，以CdSe/ZnS量子点作为荧光发光源构筑耦合发射结构，利用银纳米棒阵列表面等离激元模式调控CdSe/ZnS量子点的发射波长。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于表面等离激元模式的量子点发射波长的调控方法，其特征在于：采用镶嵌在多孔氧化铝模板中的银纳米棒阵列作为表面等离激元共振腔，以PMMA薄膜作为银纳米棒阵列与CdSe/ZnS量子点之间的介质层，以CdSe/ZnS量子点作为荧光发光源构筑耦合发射结构，利用银纳米棒阵列表面等离激元模式调控CdSe/ZnS量子点的发射波长。


2.根据权利要求1所述的一种基于表面等离激元模式的CdSe/ZnS量子点发射波长的调控方法，其特征在于：具体步骤如下：
（1）在双通的多孔氧化铝模板的背面利用金靶离子溅射仪喷金制备一层金膜作为工作电极；
（2）把多孔氧化铝模板作为银纳米棒生长的基底，利用电化学沉积的方法制备银纳米棒阵列，通过控制电沉积的时间不同，制备出5组表面等离激元模式不同的银纳米棒阵列，利用物理抛光的方法去除背面的金膜后得到的银纳米棒阵列记作样品Ⅰ-Ⅴ，并将其分别固定在干净的载玻片上；
（3）配制质量分数为1%的PMMA的乙酸乙酯溶液，将配制好的PMMA溶液滴加到银纳米棒阵列样品Ⅰ-Ⅴ的去除金膜的一面上，随后将载有银纳米棒阵列样品Ⅰ-Ⅴ的载玻片固定在匀胶机的吸盘上，利用匀胶机在银纳米棒阵列背面旋涂制得一层PMMA薄膜作为银纳米棒阵列与CdSe/ZnS量子点之间的介质层；
（4）将CdSe/ZnS量子点溶液滴加到银纳米棒阵列样品Ⅰ-Ⅴ的PMMA薄膜上，静置等待其成膜，得到5组银纳米棒阵列—PMMA薄膜—CdSe/ZnS量子点耦合发射结构；
（5）将经过步骤（4）制备得到的5组银纳米棒阵列—PMMA薄膜—CdSe/ZnS量子点耦合发射结构利用激发光激发后，通过光谱仪收集光信号，测得发射波长，实现对CdSe/ZnS量子点发射波长的调控。


3.根据权利要求2所述的一种基于表面等离激元模式的量子点发射波长的调控方法，其特征在于：步骤（1）喷金时的真空度为10-2Pa，工作电流为40mA，溅射...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊喜，王浩宇，王飞，胡志家，田双，张维，梁泰铭，周文进，王心宇，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34