一种基于银纳米颗粒-J聚体染料等离子体微腔的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种基于银纳米颗粒

【技术实现步骤摘要】
一种基于银纳米颗粒
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J聚体染料等离子体微腔的制备方法


[0001]本专利技术涉及等离子体微腔结构的
，尤其涉及一种基于银纳米颗粒
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J聚体染料等离子体微腔的制备方法。

技术介绍

[0002]贵金属纳米材料具有特殊的局域表面等离子体共振(LSPR)性质，使得当颗粒参与能量转移后，供受体之间的关系不再是简单的偶极
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偶极作用，而是呈现出金属
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偶极的相互作用。此外，因为表面等离子体共振的存在，共振过程中周围的电磁场能发生改变，能带效应的影响使纳米颗粒的亮色显示增强，吸收系数也随之增大，此外，形状的各向异性也让等离子体共振吸收成为可能。正是基于这些性质，使得其在药物制备、生物成像、医学传感器、生物探针等领域应用前景广阔。
[0003]等离子体共振激元指的是贵金属纳米颗粒受到光照后表现出的电子集体震荡，近似于一个限制光子运动的光腔，它是一种电荷密度波。当光子与物质激发间的能量交换速率比两个子系统的退相干速率快时，会产生一种特殊的光与物质的相互作用的情况，即强耦合。此状态下，激子吸收光子的能量不会马上被消耗，而是在光学腔与激子之间弛豫震荡，最终导致混合态出现两个激发态能级，对应混合体系光谱的散射峰发生劈裂，这种物理现象称为拉比劈裂。拉比劈裂的分子能级示意图如图1所示。
[0004]等离子体激元激子复合结构呈现出半激光半物质的属性，正是基于这种特性，将光子耦合成为表面等离子体激元，并限制在纳米尺度的金属表面，极大压缩了电磁场在空间的分布。另一方面，J聚体染料通过由光子吸收产生电中性电子/空穴对支撑激子态，展现出极强的非线性光学行为，可以用来产生光子和晶体管效应的激发源。
[0005]正是由于上述诸多的应用价值，近年来很多团队都致力于构建贵金属纳米颗粒
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J聚体染料等离子微腔结构的研究。关于银纳米二聚体
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J聚体构建等离子体微腔已有报道(Physica B:Condensed Matter,2019,569:40),但是这种结构的缺陷在于需要改变背景折射率进而达到调节共振能量体系能量变化的目的，并且该过程是通过仿真软件模拟得到，并未进行实验认证。
[0006]也有课题组利用银纳米棒作为等离子体激元和激子混合进行强耦合作用的研究(Scientific Reports,2013,3:03074)。一般情况下，人们认为耦合强度与模式体积和光腔的品质因子相关，但是在大量激子存在的条件下，耦合强度大小与分子覆盖率有关。由于银纳米棒自身的等离子体场的局与特性，使得其分子覆盖率不高，限制了该杂化结构的耦合强度。
[0007]因此，开发一种耦合强度大、制备过程简单、分子覆盖率高的等离子体微腔结构对于本领域具有重要意义。

技术实现思路

[0008]基于以上现有技术的不足，本专利技术所解决的技术问题在于提供一种处理效果好的
基于银纳米颗粒
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J聚体染料等离子体微腔的制备方法，该等离子体微腔结构的耦合强度大、制备过程简单、分子覆盖率高。
[0009]为了解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于银纳米颗粒
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J聚体染料等离子体微腔，所述基于银纳米颗粒
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J聚体染料等离子体微腔由贵金属纳米颗粒薄膜层、贵金属纳米颗粒以及吸附在所述贵金属纳米粒子上的J
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聚体染料层构成，所述贵金属纳米颗粒薄膜层，包括基底和覆盖层，所述基底为氧化无机物，所述的覆盖层表面均匀设置有贵金属纳米颗粒堆积形成的薄层；所述贵金属纳米颗粒薄膜层和贵金属纳米颗粒上吸附有J
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聚体染料层。
[0010]作为上述技术方案的优选，本专利技术提供的基于银纳米颗粒
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J聚体染料等离子体微腔进一步包括下列技术特征的部分或全部：
[0011]作为上述技术方案的改进，所述氧化无机物为二氧化硅。
[0012]作为上述技术方案的改进，所述贵金属纳米颗粒为金或者银，进一步优选银。所述贵金属纳米颗粒粒径范围为50
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150nm。例如50nm、75nm、100nm、125nm或150nm等，但并不仅限于所列举的数值，该数值范围内其他未列举的数值同样适用。这里，当金属纳米粒子为圆形时，所述直径是指圆的直径。
[0013]作为上述技术方案的改进，所述贵金属纳米颗粒堆积形成的薄层的厚度为60
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100nm，进一步优选80nm。所述贵金属纳米颗粒，当尺寸减小到微米、甚至纳米尺度时，其结构会表现出多种物理效应，使得材料在光学、热学等方面表现出区别于大块材料的独特性质。
[0014]作为上述技术方案的改进，所述J聚体染料激元的紫外
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可见吸收光谱的吸收峰与贵金属纳米颗粒的激子散射峰的波长差绝对值≤50nm；所述J聚体染料层的厚度为1nm
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10nm。例如50nm、40nm、30nm、20nm或10nm。本专利技术中，当所述J聚体染料的紫外
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可见光谱吸收波峰与所述贵金属纳米颗粒的散射峰的波长差的绝对值太大时，等离子体激元激子结构的耦合作用会很弱，拉比劈裂现象难以产生，应用价值不高。而当所述J聚体染料的紫外
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可见光谱吸收波峰与所述贵金属纳米颗粒的散射峰的波长差的绝对值越小，等离子体微腔结构的耦合作用越强。
[0015]所述J聚体染料，具有极高的振子强度和室温下拥有的窄带共振激发，由光子吸收产生的电中性电子/空穴对构成，用以支撑激子态，激子态还表现出很强的非线性光学行为，是产生光子和晶体管效应的激发源。
[0016]优选地，所述J聚体染料层位于贵金属纳米颗粒薄膜层和贵金属纳米颗粒之间，通过调节J聚体染料激元的紫外
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可见吸收光谱的吸收峰波长，以便与激子的散射峰相匹配，达到更大的分子覆盖率和更强的耦合作用，进而产生显著的拉比劈裂现象。
[0017]作为上述技术方案的改进，所述J聚体染料为花菁染料或亚甲基蓝染料。但并不限于上述列举的染料，其他本领域常用的染料，只要紫外
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可见光谱吸收峰在本专利技术所述贵金属纳米粒子可调控的散射峰波长范围内，也可用于本专利技术。
[0018]一种如上任一所述的基于银纳米颗粒
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J聚体染料等离子体微腔的制备方法，包含如下步骤：
[0019]1)制备银纳米颗粒薄层
[0020]将基底浸没在清洁水溶液后，取出再进行干燥，以去除基底表面的水分；优选地，
浸没在清洁水溶液后再进行干燥，以去除基底表面的水分的过程中，干燥温度为60
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120℃，进一步优选80
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100℃。
[0021]2)将J聚体染料粉末溶于溶剂中，制得的J聚体染料溶液；使用化学气相沉积的方法，在基底上得到贵金属纳米颗粒薄膜层；
[0022]3)将J聚体染料溶液旋涂至贵金属纳米颗粒薄膜层上，形成J
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于银纳米颗粒
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J聚体染料等离子体微腔，其特征在于：所述基于银纳米颗粒
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J聚体染料等离子体微腔由贵金属纳米颗粒薄膜层、贵金属纳米颗粒以及吸附在所述贵金属纳米粒子上的J
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聚体染料层构成，所述贵金属纳米颗粒薄膜层，包括基底和覆盖层，所述基底为氧化无机物，所述的覆盖层表面均匀设置有贵金属纳米颗粒堆积形成的薄层；所述贵金属纳米颗粒薄膜层和贵金属纳米颗粒上吸附有J
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聚体染料层。2.如权利要求1所述的基于银纳米颗粒
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J聚体染料等离子体微腔，其特征在于：所述氧化无机物为二氧化硅。3.如权利要求1所述的基于银纳米颗粒
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J聚体染料等离子体微腔，其特征在于：所述贵金属纳米颗粒为金或者银，所述贵金属纳米颗粒粒径范围为50
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150nm。4.如权利要求1所述的基于银纳米颗粒
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J聚体染料等离子体微腔，其特征在于：所述贵金属纳米颗粒堆积形成的薄层的厚度为60
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100nm。5.如权利要求1所述的基于银纳米颗粒
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J聚体染料等离子体微腔，其特征在于：所述J聚体染料激元的紫外
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可见吸收光谱的吸收峰与贵金属纳米颗粒的激子散射峰的波长差绝对值≤50nm；所述J聚体染料层的厚度为1nm
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10nm。6.如权利要求5所述的基于银纳米颗粒
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J聚体染料等离子体微腔，其特征在于：所述J聚体染料为花菁染料或亚甲基蓝染料。7.一种如权利要求1
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6任一所述的基于银纳米颗粒
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【专利技术属性】
技术研发人员：李芳，何志聪，刘亚辉，许铖，
申请(专利权)人：武汉工程大学，
类型：发明
国别省市：