一种金纳米颗粒岛阵列表面等离激元共振腔及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种金纳米颗粒岛阵列表面等离激元共振腔及其制备方法，金纳米颗粒岛阵列表面等离激元共振腔包括制备于铝基底上的多孔结构的氧化铝模板，以及形成于氧化铝模板表面的金纳米颗粒岛阵列层。制备方法以铝片作为基底，通过两次阳极氧化处理形成氧化铝模板，再进行离子溅射在氧化铝模板表面修饰形成金纳米颗粒岛阵列。本发明专利技术金纳米颗粒岛阵列表面等离激元共振腔具有良好的性能，制备方法相对于以往的纳米棒、纳米球等结构的制备方式更加方便快捷。加方便快捷。加方便快捷。

【技术实现步骤摘要】
一种金纳米颗粒岛阵列表面等离激元共振腔及其制备方法


[0001]本专利技术涉及表面等离激元领域，具体是一种金纳米颗粒岛阵列表面等离激元共振腔及其制备方法。

技术介绍

[0002]当光照射在金属纳米结构上，金属表面的自由电子会被激发出来，并会产生共谐振荡，这种共谐振荡被称为表面等离激元。表面等离激元又包含两个大的方面，分别是局域表面等离激元和表面等离极化激元。
[0003]局域表面等离激元是由于金属表面的自由电子在电磁场的驱动下，在颗粒表面集体振荡而产生的，金属纳米颗粒的形状和尺寸对电子的集体振荡都有影响，在特定的共振波长处，电子谐振会激发电磁场产生共振，即局域表面等离激元共振。当金属结构和周围介质的交界处产生了这种局域表面等离激元共振，在结构表面上就会产生一块电磁场增强。
[0004]表面等离极化激元是一种处于红外或可见光波段的电磁波，它沿着金属
‑
电介质或金属
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空气交界面进行传播。表面等离极化激元具有很好的空间局域性和很高的局部场强，受色散关系的限制，从空气中直接入射到金属薄膜表面的光无法将其直接激发，必须借助于外界装置或者满足波矢匹配条件才能被成功激发。
[0005]除了以上提到的局域表面等离激元模式和表面等离极化激元模式以外，当两个以上的金属纳米结构之间的间隙足够小以形成一种表面等离激元共振腔结构时，这些金属纳米表面所形成的表面等离激元就会相互影响，产生一种强烈的近场耦合作用，也就是一种具有强耦合效应的表面等离激元共振模式。近些年来，人们开始渐渐重视起这种由表面等离激元共振腔所引起的强耦合表面等离激元共振模式，而通过制备周期性的贵金属纳米阵列结构作为纳米共振腔来激发表面等离激元共振所产生的近场耦合是重视程度最强烈的。已经有多种纳米结构被研究过，包括球体，纳米棒，立方体，金属纳米环，纳米棱柱及纳米壳核结构及合金纳米结构等等。贵金属纳米结构已经被用来设计高灵敏度的生化传感器、纳米光源、光开关以及医学检测仪器等微纳光子器件。
[0006]虽然纳米棒与纳米球的制作已经相对简单，但是制备出来的表面等离激元共振腔仍然有很大的不足，比如纳米球的排布不够规律，纳米棒长短不一，最终导致这些腔体所展现出来的共振峰半峰宽比较宽，强度也比较低，这说明这些腔的损耗比较大。除此以外，也因为其制备的周期过长以及成功率较低为人们所诟病。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种金纳米颗粒岛阵列表面等离激元共振腔及其制备方法，以解决现有技术纳米局域表面等离激元共振腔性能较差的问题，并简化繁琐复杂的制备方法和缩短制作周期。
[0008]为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案为：一种金纳米颗粒岛阵列表面等离激元共振腔，包括制备于铝基底上的多孔结构的
氧化铝模板，所述氧化铝模板表面修饰形成有金纳米颗粒岛阵列层，所述金纳米颗粒岛阵列层由多个金纳米颗粒岛呈阵列分布构成，每个金纳米颗粒岛分别由金纳米颗粒堆积而成。
[0009]进一步的，所述氧化铝模板的每个孔洞周围分别分布有由若干金纳米颗粒岛组成的点阵，各个点阵随孔洞呈阵列分布。
[0010]进一步的，所述点阵为六个金纳米颗粒岛形成的六角点阵。
[0011]一种上述金纳米颗粒岛阵列表面等离激元共振腔的制备方法，包括以下步骤：步骤1、以铝片作为基底，通过两次阳极氧化处理，在铝基底上形成多孔结构的氧化铝模板；步骤2、在蒸金环境下对步骤1得到的氧化铝模板表面进行离子溅射，由此在氧化铝模板表面修饰形成金纳米颗粒岛阵列。
[0012]进一步的步骤1中，将干净的铝退火后置于电解槽中，并在电解槽中并加入浓度为0.25~0.35mol/L的草酸溶液，然后以铝片为阳极、石墨电极为阴极，在40~50V直流电压、11~13
°
C的条件下氧化20~24个小时，完成第一次阳极氧化处理；接着用酸去除第一次阳极氧化处理后的铝基底表面形成的氧化层；最后将去除氧化层后的铝基底再次置于电解槽中，在电解槽中加入浓度为0.25~0.35mol/L的草酸溶液，并以铝片为阳极、石墨电极为阴极，在40~50V直流电压下、11~13
°
C的条件下氧化1分10秒，完成第二次阳极氧化，由此在铝基底上形成多孔结构的氧化铝模板。
[0013]进一步的，对铝基底退火时，将铝基底置于10
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3 Pa 的气压条件下、500
°
C的温度条件下退火5小时，由此去除铝基底内部应力。
[0014]进一步的，采用磷铬酸去除第一次阳极氧化处理后的铝基底表面形成的氧化层。
[0015]进一步的，将第一次阳极氧化处理后的铝基底置于磷铬酸中，并于60
°
C温度条件下加热40~48小时，由此去除氧化层。
[0016]进一步的，所述磷铬酸中，磷酸的质量百分比为5~8%，铬酸的质量百分比为1.6~2.0%，其余为去离子水。
[0017]进一步的，步骤2中采用离子溅射仪进行离子溅射，设置离子溅射仪的工作气压为0.05~0.06MPa、工作电流为10~40mA直流电流的蒸金环境下，对氧化铝模板表面进行离子溅射40~ 200秒，由此在氧化铝模板表面修饰形成金纳米颗粒岛阵列。
[0018]本专利技术中，以金属铝为基底，将其进行二次阳极氧化制成超薄的氧化铝模板，再在此基础上通过离子溅射的方式进行蒸金就可以十分方便的制备出一种表面等离激元共振腔。
[0019]本专利技术的表面等离激元共振腔是在超薄的氧化铝模板表面的孔洞周围呈现出六角点阵分布的，每个点阵包含六个独立的金纳米颗粒岛，每个金纳米颗粒岛又是由金纳米颗粒堆积而成，因为是以超薄氧化铝模板为基底，所以整个阵列又呈现出良好的周期性，通过阵列的增强效应，激发出表面等离子共振峰。
[0020]本专利技术制备方法可以大大缩短样品的制备周期，提高样品的制备成功率，并且制备出来的表面等离激元共振腔具有良好的性能。通过控制离子溅射的参数控制蒸金条件的变化，可以十分方便有效的制备出不同表面等离激元模式的表面等离激元共振腔。
[0021]金纳米结构的局域表面等离激元共振能够将入射场能量很好的局限在结构表面，形成很大的局域场增强，这在一定程度上提高了光与物质的作用强度，这在生物传感和纳米局部光学成像等研究方向都有着十分深远积极的意义。铝片在经过二次阳极氧化之后可以形成高度有序的多孔结构，这就为辅助组装有序的金纳米颗粒岛阵列奠定了基础，通过离子溅射的方式在氧化铝模板表面进行蒸金制备出金纳米颗粒岛阵列表面等离激元共振腔可以呈现出共振峰半峰宽更窄，强度更高的良好性能，并且大大提高制备效率和缩短周期。与现有技术相比，本专利技术优点为：本专利技术通过铝片阳极氧化形成的高度有序的多孔模板为基础结构，这种结构具有良好的性能，在此基础之上再通过蒸金制备出高度有序的金纳米颗粒岛阵列，就制备出金纳米颗粒岛阵列表面等离激元共振腔。这样的制备方式相对于以往的纳米棒、纳米球等结构的制备方式更加方便快捷，且具有更好的性能，并且通过简单的改变蒸金条件就可以实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金纳米颗粒岛阵列表面等离激元共振腔，其特征在于，包括制备于铝基底上的多孔结构的氧化铝模板，所述氧化铝模板表面修饰形成有金纳米颗粒岛阵列层，所述金纳米颗粒岛阵列层由多个金纳米颗粒岛呈阵列分布构成，每个金纳米颗粒岛分别由金纳米颗粒堆积而成。2.根据权利要求1所述的一种金纳米颗粒岛阵列表面等离激元共振腔，其特征在于，所述氧化铝模板的每个孔洞周围分别分布有由若干金纳米颗粒岛组成的点阵，各个点阵随孔洞呈阵列分布。3.根据权利要求2所述的一种金纳米颗粒岛阵列表面等离激元共振腔，其特征在于，所述点阵为六个金纳米颗粒岛形成的六角点阵。4.一种如权利要求1
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3中任意一项所述金纳米颗粒岛阵列表面等离激元共振腔的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、以铝片作为基底，通过两次阳极氧化处理，在铝基底上形成多孔结构的氧化铝模板；步骤2、在蒸金环境下对步骤1得到的氧化铝模板表面进行离子溅射，由此在氧化铝模板表面修饰形成金纳米颗粒岛阵列。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，将干净的铝退火后置于电解槽中，并在电解槽中并加入浓度为0.25~0.35mol/L的草酸溶液，然后以铝片为阳极、石墨电极为阴极，在40~50V直流电压、11~13
°
C的条件下氧化20~24个小时，完成第一次阳极氧化处理；接着用酸去除第一次阳极氧化处理后的铝基底表面形成的氧化层...

【专利技术属性】
技术研发人员：张俊喜，王晨，李欣，张维，罗慧雄，王晓超，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：