一种纳米链结构阵列的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及一种纳米链结构阵列的制备方法及应用，包括如下步骤：(1)在基底表面采用湿法刻蚀获得具有条状镂空结构阵列的光刻胶层；(2)在带有该光刻胶层的基底上进行沉积得到金纳米薄膜，然后剥离该光刻胶层，在基底表面得到条状镂空金纳米阵列；(3)进行退火处理，最后在基底上制得以金纳米颗粒为基本单元构成的纳米链结构阵列，纳米链之间相互平行且间距为200nm～1000nm，每条所述纳米链的基本单元为金纳米颗粒，每个所述金纳米颗粒之间的间距为2nm～10nm。本发明专利技术方法生产成本低并适于大规模生产，本发明专利技术的纳米链结构阵列应用于表面增强拉曼散射基底，能够提高表面等离子激元效应，提高局域场增强效应。提高局域场增强效应。提高局域场增强效应。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米链结构阵列的制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及纳米材料制备
，具体涉及一种纳米链结构阵列的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]一般形容高温熔融状态下的正负电荷分离的带电体系为等离子体系，而等离激元是等离子体系的集体振荡量子。在研究导体与金属物质时，可将其内部的电子近似为处于正电荷背景下的自由电子，这样导体与金属物质也能等价的处理为等离子体系。鉴于价电子的巡游特性，导体与金属物质体系必然在电子运动的小范围内存在一个电子密度涨落。由于库伦相互作用具有长程特性，电子运动的关联会将小范围内电子密度的涨落演化为电子密度的集体振荡，即形成等离激元。这也意味着等离激元的出现会伴随着电荷共振和局域场增强。
[0003]等离激元可以分为表面等离激元和体等离激元。其中表面等离激元是被限制在表面很小范围内的电磁共振模式(自由电子和入射电磁波相互作用形成的)，入射电磁波如果被集体振荡的金属电子俘获，就会形成具备独特性质的表面等离激元，表面等离激元的振荡强度只会维持在距离金属表面内的一小段空间。表面等离激元一般不能直接被光波激发，因为表面等离激元的动量与入射光波的动量并不匹配，所以必需利用一些结构来进行波矢匹配才能激励表面等离子体波。一般被选取的方法有：利用近场激发、利用强聚焦光束、利用衍射光栅结构、利用波导结构、利用棱镜结构。
[0004]在波导结构中通常采用金属纳米颗粒阵列结构来产生局域场增强效应，这是由于纳米颗粒表面电子云受入射电磁波(或入射光)中电场激励而产生相互作用可形成表面等离子激元。这种表面等离子体激元可产生电场幅度高于入射电磁波103‑
107倍的局域电场强度。在纳米
，称之为热点。热点可能主要来自以下两个方面：纳米颗粒中尖锐的尖端和边缘，或纳米粒子的等离子激元进场共振耦合产生的杂化等离子激元模式。在光伏领域可以利用这种场局域效应增强附近光伏材料对入射光的吸收，在拉曼领域可以利用这种热点提高拉曼检测过程中的拉曼信号。
[0005]在现有技术中金属纳米颗粒结构阵列的制备方法包括离子束光刻、电子束光刻、极紫外光刻、纳米压印等技术，虽然制备的金属纳米结构分辨率高、尺寸形貌精确、周期性好，但所需设备加个昂贵，基底制备费用高、产量低，不适合金属纳米结构阵列的大规模制造。另外现有技术中大多制备的是离散的金属纳米颗粒阵列结构，局域场增强效应有限。如何降低制备金属纳米颗粒阵列结构的生产成本并适于大规模生产、同时提高局域场增强效应是本专利技术要解决的技术问题。

技术实现思路

[0006]为了解决以上技术问题，而提供一种纳米链结构阵列的制备方法及应用。本专利技术的纳米链结构阵列中基本单元为纳米颗粒，纳米颗粒之间相距在纳米尺寸，且纳米链与链
之间的间距也在纳米尺寸，可显著增强纳米材料间的耦合作用，进一步提高附近电场强度、散射效果，还可把垂直入射至阵列表面的入射光转化成横向传输模式，提高表面等离激元的整体效果。
[0007]为了达到以上目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0008]一种纳米链结构阵列的制备方法，包括如下步骤：
[0009](1)在干净、平整的基底表面采用湿法刻蚀获得具有条状镂空结构阵列的光刻胶层；
[0010](2)在带有所述光刻胶层的基底上进行沉积得到金纳米薄膜，然后剥离所述光刻胶层，在基底表面得到条状镂空金纳米阵列；
[0011](3)进行退火处理，最后在基底上制得以金纳米颗粒为基本单元构成的纳米链结构阵列。
[0012]进一步地，所述纳米链结构阵列为多条以金纳米颗粒为基本单元构成的纳米链结构，所述纳米链之间相互平行且间距为200nm～1000nm；每条所述纳米链的基本单元为金纳米颗粒，每个所述金纳米颗粒之间的间距为2nm～10nm；每条所述纳米链的横截面为矩形，宽为80nm～150nm、高为20nm～100nm、长度可任意。
[0013]进一步地，所述湿法刻蚀的方法是：在所述基底的表面旋涂一层光刻胶，经过烘干后得到光刻胶薄膜，采用具有二维条状微纳结构阵列图案的掩模版对所述光刻胶薄膜进行曝光，曝光后进行后烘、显影，从而在所述基底的表面得到具有条状镂空结构阵列的光刻胶层。
[0014]再进一步地，若所述光刻胶为正性光刻胶，则相应的所述掩模版的所述微纳结构阵列图案处为透光部分，所述掩模版的其余处为非透光部分；若所述光刻胶为负性光刻胶，则相应的所述掩模版的所述微纳结构阵列图案处为非透光部分，所述掩模版的其余处为透光部分。
[0015]进一步地，所述光刻胶层的厚度为200nm以上；所述金纳米薄膜的厚度为20nm～100nm。
[0016]进一步地，剥离所述光刻胶层采用刻蚀液浸渍，浸渍后即可剥离去除光刻胶层及该层表面多余的沉积薄膜。
[0017]进一步地，所述金纳米薄膜采用磁控溅射法或热蒸镀法制备。
[0018]进一步地，所述退火的过程是将经过步骤(2)制得的所述基底置于退火炉中，在真空或充入惰性气体的常压气氛下于400℃～600℃下进行退火0.5h～2h。本专利技术通过沉积制得金纳米薄膜，刻蚀掉光刻胶层厚获得高质量的条状镂空金纳米阵列，然后通过退火过程中纳米材料熔点相对较低的原理对材料加热，再利用熔融状态下金属液体表面张力作用，使其自动收缩表面进而形成金纳米颗粒。
[0019]本专利技术另一方面提供上述制备方法在基底表面制得的纳米链结构阵列应用于表面增强拉曼散射基底。
[0020]有益技术效果：
[0021]本专利技术的方法利用湿法刻蚀，在平整基底如玻璃、导电玻璃、硅片上制备一层具有条状镂空结构阵列的光刻胶层，然后在光刻胶层表面沉积金纳米薄膜，刻蚀掉光刻胶层后，在基底表面得到条状镂空金纳米阵列，再通过高温退火方法，把条状镂空金纳米阵列的基
本单元转化为金纳米颗粒，最终在基底表面获得贵金属纳米链结构阵列。本专利技术在材料的制备面积上没有限制，因此可以大面积制备本专利技术结构，扩大了其使用用途及产业化前景。
[0022]本专利技术的纳米链结构阵列为多条以金纳米颗粒为基本单元构成的纳米链结构，所述纳米链之间相互平行且间距在纳米尺度，每条所述纳米链的基本单元为金纳米颗粒，每个所述金纳米颗粒之间的间距也为纳米尺度；本专利技术的纳米链结构阵列从电场增强效果来看，纳米链结构中的基本单元之间的间距在纳米尺度，可显著增强纳米材料间的耦合作用，进一步提高附近电场强度、散射效果，还可把垂直入射至阵列表面的入射光转化成横向传输模式，增强表面等离激元效应。将本专利技术在基底表面获得的纳米链结构阵列应用于表面增强拉曼散射基底，对于拉曼信号的检测具有较高的灵敏度。
[0023]本专利技术纳米链结构阵列的制备方法，在形貌控制上，湿法刻蚀通过掩模版能够精确控制条状镂空结构阵列之间的间距、宽度、高度等因素；通过高温退火调节退火的温度和时间来控制纳米链基本单元的颗粒大小和尺寸；本专利技术方法能够有效、方便地控制金纳米链的长度和微观形貌，实现纳米链结构光电性能的调节。
附图说明
[0024]图1为实施例2在基底表面本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种纳米链结构阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)在干净、平整的基底表面采用湿法刻蚀获得具有条状镂空结构阵列的光刻胶层；(2)在带有所述光刻胶层的基底上进行沉积得到金纳米薄膜，然后剥离所述光刻胶层，在基底表面得到条状镂空金纳米阵列；(3)进行退火处理，最后在基底上制得以金纳米颗粒为基本单元构成的纳米链结构阵列。2.根据权利要求2所述的一种纳米链结构阵列的制备方法，其特征在于，所述纳米链结构阵列为多条以金纳米颗粒为基本单元构成的纳米链结构，所述纳米链之间相互平行且间距为200nm～1000nm；每条所述纳米链的基本单元为金纳米颗粒，每个所述金纳米颗粒之间的间距为2nm～10nm；每条所述纳米链的横截面为矩形，宽为80nm～150nm、高为20nm～100nm、长度可任意。3.根据权利要求2所述的一种纳米链结构阵列的制备方法，其特征在于，所述湿法刻蚀的方法是：在所述基底的表面旋涂一层光刻胶，经过烘干后得到光刻胶薄膜，采用具有二维条状微纳结构阵列图案的掩模版对所述光刻胶薄膜进行曝光，曝光后进行后烘、显影，从而在所述基底的表面得到具有条状镂空结构阵列的光刻胶层...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱圣清，向萌，许郅博，周春鹤，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：