一种直接在光纤端面制备有序金银复合纳米腔阵列的方法技术

本发明专利技术公开了光纤技术领域的一种直接在光纤端面制备有序金银复合纳米腔阵列的方法，将聚苯乙烯球自组装结构转移到光纤端面上，然后依次通过金属膜沉积、反应离子刻蚀、二氯甲烷溶掉残留的聚苯乙烯球和二次镀银，在光纤端面制备有序金银复合纳米腔阵列。本方法基于聚苯乙烯纳米球自组装和反应离子刻蚀技术，在光纤端面制备了均匀的、稳定的、有序的、大面积的三维金银复合纳米腔阵列。况且，这种方法操作过程简单，成本低，可重复性高，可应用于大规模的制备光纤传感器。的制备光纤传感器。的制备光纤传感器。

【技术实现步骤摘要】
一种直接在光纤端面制备有序金银复合纳米腔阵列的方法


[0001]本专利技术属于光纤
，具体是直接在光纤端面制备有序金银复合纳米腔阵列的方法。

技术介绍

[0002]目前，光纤探针，是将等离子体纳米材料或结构附着在光纤的端面上，可以同时充当表面增强拉曼散射(SERS)衬底、激发光的引导通道和增强拉曼信号的收集器。为了实现高效的光纤SERS探针，通过使用金属蒸发或溅射沉积、激光诱导沉积和纳米颗粒静电自组装方法，在各种光纤(例如锥形和侧抛光光纤)的端面或侧面沉积金属膜或纳米颗粒。此外，金属薄膜或胶体纳米粒子也可以填充到微结构光纤的气孔中。尽管制造技术简单，但具有无序纳米结构的光纤探针的均匀性和再现性相对较低。相反，在端面上具有有序纳米阵列的图案化光纤SERS探针更容易实现热点的均匀分布，可以使用电子束光刻、聚焦离子束光刻，干涉光刻和双光子聚合方法来制造这些热点。然而，这些复杂的制造技术通常需要昂贵的仪器和耗时的制备过程。胶体纳米球自组装结合不同的后处理技术已被证明是一种简单、低成本的方法，用于大规模制造具有各种有序纳米图案的光纤SERS探针。
[0003]例如，MarcoPisco等人报道了一种具有金属球阵列、金属纳米岛阵列和金属孔阵列薄膜的周期性纳米图案化光纤纳米尖端，它依赖于PS球的自组装和进一步处理，例如热蒸发、等离子体蚀刻和超声技术。
[0004]最近，我们利用PS球自组装和反应离子刻蚀(RIE)技术，制备了有序金属纳米柱阵列制备了三维(3D)光纤SERS探针((a)M.Pisco,F.Galeotti,G.Quero,G.Grisci,A.Micco,L.Mercaldo,P.Veneri,A.Cutolo,A.Cusano.Light:Science&Applications 2017,6,e16229.(b)L.Meng,L.Shang,S.Feng,Z.Tang,C.Bi,H.Zhao,G.Liu.Optics Express,2022,30,2353
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2363.)。其中，纳米空腔阵列通过激发光在空腔中的多次反射具有更强的光捕获能力，可以进一步增强局域表面等离子体共振(LSPR)效应。此外，这种具有高比表面积的纳米结构有利于增加“热点”和富集探针分子。因此，基于纳米腔阵列的光纤SERS探针可以有效地提高灵敏度。因此，开发新型的纳米腔阵列SERS探针是非常必要和重要的。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种直接在光纤端面制备有序金银复合纳米腔阵列的方法，本方法基于聚苯乙烯(PS)纳米球自组装和反应离子刻蚀(RIE)技术，在光纤端面制备了均匀的、稳定的、有序的、大面积的三维金银复合纳米腔阵列。况且，这种方法操作过程简单，成本低，可重复性高，可应用于大规模的制备光纤传感器。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术的技术方案如下：一种直接在光纤端面制备有序金银复合纳米腔阵列的方法，将聚苯乙烯球自组装结构转移到光纤端面上，然后依次通过金属膜沉积、反应离子刻蚀、二氯甲烷溶掉残留的聚苯乙烯球和二次镀银，在光纤端面制备有序金银复合纳米腔阵列。
[0007]进一步，将直径为300
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1000nm的聚苯乙烯球自组装结构转移到光纤端面上的方式为：将聚苯乙烯球自组装在玻片上，随后转移到烧杯中的超纯水面上形成聚苯乙烯球单层膜，并将聚苯乙烯球单层膜转移到光纤端面。
[0008]进一步，使用溅射仪器在光纤的端面沉积金膜。
[0009]进一步，金膜的厚度为30
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55nm。
[0010]进一步，将端面带有金纳米球阵列的光纤放入反应离子刻蚀设备中，以进行反应离子刻蚀，得到带有包裹着残余聚苯乙烯球的金纳米腔阵列的光纤端面。
[0011]进一步，将带有包裹着残余聚苯乙烯球的金纳米腔阵列的光纤端面浸入二氯甲烷溶液中半个小时，去除残余的聚苯乙烯球。
[0012]进一步，将带有金纳米腔阵列的光纤端面进行二次沉积银膜。
[0013]进一步，银膜厚度为20nm。
[0014]进一步，反应离子刻蚀的条件为：SF6的流速为80sccm，压力为3.2Pa，功率为200W，蚀刻时间为50
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90s。
[0015]采用上述方案后实现了以下有益效果：(1)PS纳米球自组装、金属膜沉积等主要步骤是微纳制造技术中常见的工艺，操作简单。
[0016](2)通过这种方法我们可以成功地在光纤端面上得到有序、均匀、稳定、大面积的金银复合纳米腔阵列，简单易得，这是其他方法很难做到的，比如使用聚焦离子束光刻也可以制造有序纳米阵列结构。然而，这种复杂的制造技术通常需要昂贵的仪器和耗时的制备过程。
[0017](3)原料廉价易得，所需生产设备简单，成本低，再现性高，易于实现大规模制备。
附图说明
[0018]图1(a)实施例所制备的金纳米腔的场发射扫描照片(FESEM)，插图为局域放大的照片；(b)实施例1所制备的二次镀银后的金纳米腔的场发射扫描照片(FESEM)。
[0019]图2实施例所制备的不同开口大小的金纳米腔的场发射扫描照片(FESEM)。
[0020]图3实施例所制备的不同大小的金纳米腔的场发射扫描(FESEM)(a)300nm；(b)1000nm。
具体实施方式
[0021]下面通过具体实施方式进一步详细说明：
[0022]本申请实施例提供一种直接在光纤端面制备有序金银复合纳米腔阵列的方法，包括如下步骤：
[0023]步骤1，首先将500nm聚苯乙烯球自组装在载玻片上，随后转移到烧杯中的超纯水面上，形成聚苯乙烯球单层膜，并将聚苯乙烯球单层膜转移到光纤端面上。
[0024]步骤2，然后使用溅射仪器(EMITECHK550X)在光纤的端面沉积金，金膜的厚度为50nm。将端面带有金纳米球阵列的光纤放入反应离子刻蚀设备中。反应离子刻蚀在等离子体下进行，SF6的流速为80sccm，压力为3.2Pa，功率为200W，蚀刻时间为90s，得到带有包裹着残余PS球的金纳米腔阵列的光纤端面。
[0025]步骤3，将带有包裹着残余PS球的金纳米腔阵列的光纤端面浸入二氯甲烷溶液中
半个小时，去除残余的PS球。
[0026]步骤4，将带有金纳米腔阵列的光纤端面进行二次沉积银，沉积银膜的厚度为20nm。最终在光纤端面上得到均匀、稳定、大面积的金银复合纳米腔阵列。
[0027]本实施例中，图1(a)为本实施例所制备的金纳米腔的场发射扫描照片(FESEM)，是有序金纳米腔阵列结构，插图为局域放大的照片，每个纳米空腔的高度约为210nm，直径约为500nm，两个相邻纳米空腔之间的间隙为10nm，每个底部纳米柱的高度大约为250nm。图1(b)为本实施例所制备的银纳米颗粒修饰的金纳米腔的场发射扫描照片(FESEM)。从本图中我们还可以看到样品具有以下几个显著特点：形成了大面积的金银复合纳米腔阵列结构；金银复合纳本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种直接在光纤端面制备有序金银复合纳米腔阵列的方法，其特征在于：将聚苯乙烯球自组装结构转移到光纤端面上，然后依次通过金属膜沉积、反应离子刻蚀、二氯甲烷溶掉残留的聚苯乙烯球和二次镀银，在光纤端面制备有序金银复合纳米腔阵列。2.根据权利要求1所述的直接在光纤端面制备有序金银复合纳米腔阵列的方法，其特征在于：将直径为300
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1000nm的聚苯乙烯球自组装结构转移到光纤端面上的方式为：将聚苯乙烯球自组装在玻片上，随后转移到烧杯中的超纯水面上形成聚苯乙烯球单层膜，并将聚苯乙烯球单层膜转移到光纤端面。3.根据权利要求2所述的直接在光纤端面制备有序金银复合纳米腔阵列的方法，其特征在于：使用溅射仪器在光纤的端面沉积金膜。4.根据权利要求3所述的直接在光纤端面制备有序金银复合纳米腔阵列的方法，其特征在于：金膜的厚度为30
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55nm。5.根据权利要求4所述的直接在光纤端面...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟路平，刘广强，尚亮，冯素娟，
申请(专利权)人：曲阜师范大学，
类型：发明
国别省市：