一种自相似碗中半壳金属纳米结构以及制备方法技术

本发明专利技术涉及微纳加工及微纳结构器件制造领域，尤其是指一种自相似碗中半壳金属纳米结构以及制备方法，制成碗中半壳结构，制造工艺简单且可扩展，通过SERS证明了该碗中半壳结构中电场的异常增强，其中来自碗中半壳结构的SERS信号比来自半壳或碗的SERS信号明显增强，且碗中半壳结构可以扩展到电磁场的级联增强。另外本发明专利技术的制备方法，自组装的聚苯乙烯膜可以大面积制备，而且根据选择聚苯乙烯球尺寸可以获得不同尺寸金属碗状复合结构阵列。以获得不同尺寸金属碗状复合结构阵列。以获得不同尺寸金属碗状复合结构阵列。

【技术实现步骤摘要】
一种自相似碗中半壳金属纳米结构以及制备方法


[0001]本专利技术涉及微纳加工及微纳结构器件制造领域，尤其是指一种自相似碗中半壳金属纳米结构以及制备方法。

技术介绍

[0002]金属纳米结构上局域表面等离子体激元的激发可以将电磁场限制在亚波长区域，并导致局部电磁场的大幅增强，这些增强的局域光场有许多重要的应用，如非线性光学、光学纳米操纵、光捕获和生物传感/成像。等离子体半壳作为一种特殊的三维约化对称纳米结构，由于其独特的光学性质，近年来受到越来越多的关注。众所周知，在两个不同且可识别的共振频率下，单个半壳具有轴向等离子体激元模式和横向模式，这两种模式表现出非常不同的光散射特性。利用表面增强拉曼光谱SERS技术证明了单个半壳层上的增强局部电磁场。
[0003]然而，到目前为止，两个不同尺寸的带间隙半壳之间的耦合仍然没有得到更好的探索。在具有纳米级间隙的纳米结构中可以发现电场的巨大增强，例如纳米颗粒二聚体、有间隙的杆和空隙。增强对纳米粒子二聚体中的间隙大小非常敏感，理想的间隙大小应为几纳米，以实现最大增强。然而，对于自上而下的制造方法来说，获得小于此尺寸的间隙是非常困难的，而在自下而上的方法中，间隙尺寸的再现性很差。线光刻方法(on wire lithography)可以精确地控制间隙棒结构中的间隙尺寸在几纳米以内，但粗糙表面大大降低了间隙区域的电场。

技术实现思路

[0004]本专利技术针对现有技术的问题提供一种自相似碗中半壳金属纳米结构以及制备方法，设计碗中半壳结构，制造工艺简单且可扩展，该结构中电场的异常增强，这种结构可以扩展到级联增强，而不需要三个自相似对象。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种自相似碗中半壳金属纳米结构的制备方法，包括以下步骤：
[0006]A.稀释聚苯乙烯悬浮液，获得聚苯乙烯溶液；
[0007]B.使聚苯乙烯溶液在水的表面形成聚苯乙烯膜，由若干聚苯乙烯球形成，在该水的表面下定位放置第一基板；
[0008]C.将聚苯乙烯膜所在的水抽出，并干燥聚苯乙烯膜，聚苯乙烯膜位于第一基板；
[0009]D.于聚苯乙烯膜的上表面沉积第一金属层；
[0010]E.翻转聚苯乙烯膜，使沉积有第一金属层的翻转到第二基板，聚苯乙烯膜未沉积第一金属层的朝上；
[0011]F.收缩聚苯乙烯球；
[0012]G.于收缩后的聚苯乙烯球的上表面沉积第二金属层。
[0013]优选的，所述步骤A中采用与聚苯乙烯悬浮液等量的乙醇来进行稀释工作。
[0014]优选的，所述步骤B中，聚苯乙烯膜为单层膜。
[0015]优选的，所述第一基板为涂覆ZnO薄膜的玻璃基板。
[0016]优选的，所述步骤D中，采用电子束蒸发器以垂直入射的方式沉积第一金属层。
[0017]优选的，所述第一金属层为金沉积成的金膜。
[0018]优选的，所述第二金属层为金沉积成的金膜。
[0019]优选的，所述步骤E中，先将覆盖有第一金属层的聚苯乙烯膜和第一基板进入稀释的HCl溶液中，稀释的HCl溶液会将第一基板上的ZnO薄膜溶解，使得第一金属层覆盖的聚苯乙烯膜与玻璃基板脱离，进而使覆盖第一金属层的聚苯乙烯膜漂浮在水面，再进行聚苯乙烯膜的翻转。
[0020]优选的，所述步骤F中，采用氧等离子体刻蚀法来收缩聚苯乙烯球。
[0021]一种自相似碗中半壳金属纳米结构，包括聚苯乙烯球、外半壳以及内半壳，所述内半壳覆盖于所述聚苯乙烯球的上表面，所述聚苯乙烯球位于所述外半壳内，所述内半壳的半径小于外半壳的半径。本专利技术的有益效果：
[0022]本专利技术提供的一种自相似碗中半壳金属纳米结构以及制备方法，制成碗中半壳纳米结构，制造工艺简单且可扩展，通过表面增强拉曼光谱(SERS)证明了该碗中半壳结构中电场的异常增强，其中来自碗中半壳结构的SERS信号比来自半壳或碗的SERS信号明显增强，且碗中半壳结构可以扩展到电磁场的级联增强。另外本专利技术的制备方法，自组装的聚苯乙烯膜可以大面积制备，而且根据选择聚苯乙烯球尺寸可以获得不同尺寸金属碗状复合结构阵列。
附图说明
[0023]图1为本专利技术流程步骤图；
[0024]图2为本专利技术的不同大小的SSiB纳米结构的SEM图像；
[0025]图3为本专利技术的用DDA计算的不同r/R比的消光光谱；
[0026]图4为本专利技术的不同结构的SERS光谱以及不同r/R比的SSiB纳米结构的SERS光谱。
具体实施方式
[0027]为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本专利技术作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本专利技术的限定。以下结合附图对本专利技术进行详细的描述。
[0028]实施例一：
[0029]本实施例提供的一种自相似碗中半壳金属纳米结构，如图1所示，包括聚苯乙烯球、外半壳金属层以及内半壳金属层，所述内半壳金属层覆盖于所述聚苯乙烯球的上表面，所述聚苯乙烯球位于所述外半壳金属层内，所述内半壳金属层的半径小于外半壳金属层的半径。
[0030]具体地，本实施例的自相似碗中半壳金属纳米结构，其电场异常增强，其中来自碗中半壳(SSiB)结构的SERS信号比来自半壳或碗的SERS信号大得多，这种SSiB结构可以扩展到电磁场的级联增强，也更好控制两个不同尺寸的带间隙半壳之间的耦合。
[0031]实施例二：
[0032]本实施例提供的一种自相似碗中半壳金属纳米结构的制备方法，如图1，包括以下
步骤：
[0033]A.稀释聚苯乙烯悬浮液，获得聚苯乙烯溶液；(以下称聚苯乙烯为PS)
[0034]B.使聚苯乙烯溶液在水的表面形成聚苯乙烯膜，由若干聚苯乙烯球形成，在该水的表面下定位放置第一基板；
[0035]C.将聚苯乙烯膜所在的水抽出，并干燥聚苯乙烯膜，聚苯乙烯膜位于第一基板；
[0036]D.于聚苯乙烯膜的上表面沉积第一金属层；
[0037]E.翻转聚苯乙烯膜，使沉积有第一金属层的翻转到第二基板，聚苯乙烯膜未沉积第一金属层的朝上；
[0038]F.收缩聚苯乙烯球；
[0039]G.于收缩后的聚苯乙烯球的上表面沉积第二金属层。
[0040]具体地，制备本实施例的自相似碗中半壳技术纳米结构的流程如图1所示，本实施例先制备聚苯乙烯膜(以下称PS膜)，可选的，本实施例的聚苯乙烯膜为单层膜(PS SAM)，即图1所示的由多个聚苯乙烯球(以下称PS球)排列形成的膜，具体为：先将PS悬浮液稀释，优选采用与PS悬浮液等量的乙醇与PS悬浮液混合稀释，接着将稀释后的乙醇/PS溶液在水的表面上形成PS单层膜，且在水面下放置第一基板，可选的第一基板为涂覆有ZnO薄膜的玻璃基板，接着将水抽出，并对PS单层膜进行干燥，从而得到所需的可沉积的PS 单层膜。进一步，便可在PS单层膜上，在电子束蒸发器以垂直入射的方式沉积第一金属层，为了能够得到更好的效果，优选沉积50nm 的金膜(Au)，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自相似碗中半壳金属纳米结构的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：A.稀释聚苯乙烯悬浮液，获得聚苯乙烯溶液；B.使聚苯乙烯溶液在水的表面形成聚苯乙烯膜，由若干聚苯乙烯球形成，在该水的表面下定位放置第一基板；C.将聚苯乙烯膜所在的水抽出，并干燥聚苯乙烯膜，聚苯乙烯膜位于第一基板；D.于聚苯乙烯膜的上表面沉积第一金属层；E.翻转聚苯乙烯膜，使沉积有第一金属层的翻转到第二基板，聚苯乙烯膜未沉积第一金属层的朝上；F.收缩聚苯乙烯球；G.于收缩后的聚苯乙烯球的上表面沉积第二金属层。2.根据权利要求1所述一种自相似碗中半壳金属纳米结构以及制备方法，其特征在于：所述步骤A中采用与聚苯乙烯悬浮液等量的乙醇来进行稀释工作。3.根据权利要求1所述一种自相似碗中半壳金属纳米结构以及制备方法，其特征在于：所述步骤B中，聚苯乙烯膜为单层膜。4.根据权利要求1所述一种自相似碗中半壳金属纳米结构以及制备方法，其特征在于：所述第一基板为涂覆ZnO薄膜的玻璃基板。5.根据权利要求1所述一种自相似碗中半壳金属纳米结构以及制备方法，其特征在于：所述步骤D中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李湘林，苏郁清，
申请(专利权)人：湖南第一师范学院，
类型：发明
国别省市：