一种银纳米螺旋阵列结构的宽光谱圆二色性基底及其制备方法技术

一种银纳米螺旋阵列结构的宽光谱圆二色性基底及其制备方法，包括以下步骤：将理论计算与实验条件相结合，完善方案并给出设计公式；利用Auto CAD对设计参数进行三维建模，分析确认制备参数对AgNH结构阵列的影响；利用FDTD模拟软件，对三维结构宽光谱圆二色性进行三维空间结构的模拟仿真并计算圆二色性；通过掠射角沉积和液氮冷却技术制备相应的AgNH结构的宽光谱圆二色性基底。本发明专利技术制备成本低，能同时实现人工手性纳米结构的性能精确可控和大规模生产要求；所制得的基底表现出良好且可调节的圆二色性，在可见光、近红外波段具有明显的宽光谱圆二色性，可广泛应用于对映体分子的SERS检测和圆偏振态识别的手性功能器件。子的SERS检测和圆偏振态识别的手性功能器件。子的SERS检测和圆偏振态识别的手性功能器件。

【技术实现步骤摘要】
一种银纳米螺旋阵列结构的宽光谱圆二色性基底及其制备方法


[0001]本专利技术涉及宽CD响应的基底材料
，具体涉及一种银纳米螺旋阵列结构的宽光谱圆二色性基底及其制备方法。

技术介绍

[0002]超材料是自由调控电磁波的理想平台，可以对电磁波的强度、相位、偏振、速度、波前进行调控，其中以人工手性微结构为基础的手性超材料展现出远超自然材料的光学响应特性，在光学检测和光电传感器领域具有巨大的应用前景。然而，由于手性纳米结构的复杂性，实现手性超材料的性能精确可控和大面积制备依旧具有一定挑战性。
[0003]手性材料突出的光学性能主要来自于它们对左圆偏振光(left circularly polarized，LCP)和右圆偏振光(right circularly polarized，RCP)的响应差异。通过分辨手性材料对入射圆偏振光或线偏振光的改变，可以量化这种差异。例如，圆二色谱(Circular Dichroism，CD)是手性材料对LCP和RCP的透射或吸收的差值光谱。通过将材料的手性量化为CD性能，可以清晰地对比各类材料的响应强弱。
[0004]掠射角沉积(GLAD)本质上是一种斜入射条件下的物理气相沉积技术。与倾斜角沉积(OAD)不同的是GLAD增加了基底旋转角速度这一控制条件，使得微纳结构薄膜能够具有更复杂的形态特征。基于微纳结构薄膜对材料性能的影响，GLAD技术广泛应用于光学减反射涂层、光子晶体、太阳能电池、表面增强拉曼散射、机械装置、催化剂等诸多领域。且相较于化学气相沉积、液相沉积、光刻等微纳结构制备技术，物理气相沉积具有适用范围广、操作简单且适合大面积等特点。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种银纳米螺旋阵列结构的宽光谱圆二色性基底及其制备方法，该方法制备成本低，能够同时实现人工手性纳米结构的性能精确可控和大规模生产要求；所制备得到的基底表现出良好且可调节的圆二色性，在可见光、近红外波段具有明显的宽光谱圆二色性，可广泛应用于对映体分子的SERS检测和圆偏振态识别的手性功能器件。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提供了一种银纳米螺旋阵列结构的宽光谱圆二色性基底的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1：将理论计算与实验条件相结合，完善方案并给出设计公式；
[0008]S2：利用Auto CAD对设计参数进行三维建模，分析确认制备参数对AgNH结构阵列的影响；
[0009]S3：利用时域有限差分算法模拟软件，对三维结构宽光谱圆二色性进行三维空间结构的模拟仿真并计算圆二色性；
[0010]S4：通过掠射角沉积技术和液氮冷却技术制备相应的AgNH结构的宽光谱圆二色性
基底。
[0011]进一步的，步骤S1的具体步骤如下：
[0012](1)提出螺旋制备公式：R＝νsinβ/φ，H＝2πνcosβ/φ，其中R为螺旋半径，H为螺距，β为生长角度，ν为生长速率，φ为基底旋转角速度；生长速率ν＝生长比η
×
沉积速率，所述生长比η为纳米棒棒长与标称厚度之间的比值；
[0013](2)预实验：在样品台保持
‑
150℃，设定镀膜程序的沉积速率和标称厚度，保持衬底不旋转的情形下，即φ＝0时，制备低温银纳米棒衬底；通过扫描电子显微镜测量银纳米棒结构的生长角β、纳米棒棒长，完善步骤(1)中的螺旋制备公式R(ν,φ)、H(ν,φ)；此外，测量纳米棒直径、纵向间距、横线间距用于结构体阵列的CAD三维建模分析。
[0014]优选的，步骤S2中，所述制备参数包括出生长速率ν、基底旋转角速度φ、纳米棒直径、纵向间距、横线间距。
[0015]进一步的，步骤S3的具体步骤如下：模拟仿真选用Ag为结构材料，SiO2为衬底材料；将步骤S2的AgNH建模以STL格式输出，并导入FDTD solutions软件中进行圆二色性仿真。
[0016]进一步的，步骤S4的具体步骤如下：沉积前，首先将作为基片的载玻片按设备要求尺寸进行切割，洗涤后用耐高温铁氟龙双面胶将洁净的基片固定在样品台上；将样品台沉积角旋转至86
°
，关闭腔体将其内部真空度抽至5e
‑
7Torr以下；在蒸镀开始后，先打开低温冷却系统使样品台逐渐降低到
‑
150℃；样品台达到指定温度后开始蒸镀程序，参考步骤S3仿真给出的最优结构和步骤S1的沉积参数进行蒸镀。
[0017]进一步的，洗涤具体过程为：将基片依次放入酒精、去离子水、酒精中超声三次，每次至少5min，再使用酒精湿润的无尘布轻微擦拭表面。
[0018]本专利技术还提供了由上述制备方法制得的银纳米螺旋阵列结构的宽光谱圆二色性基底。
[0019]本专利技术中，银纳米螺旋：sliver nano helix，简写为AgNH。
[0020]本专利技术中包含了预实验，这是由于掠射角沉积形成微纳结构这一现象是复杂的，诸如腔体真空度、沉积速率、样品台的倾斜角、转速和温度、材料的熔点、表面扩散和原子迁移率等均对其微纳结构薄膜的形貌产生影响。在缺少预实验的情形下，各实验室制备条件的微小差异，就会对手性螺旋的精确调控产生较大影响。
[0021]与现有技术相比，本专利技术具有以下优点：
[0022](1)本专利技术工艺简单，制备成本低，能够同时实现人工手性纳米结构的性能精确可控和大规模生产要求；
[0023](2)本专利技术所得到的基底表现出良好且可调节的圆二色性，在可见光和近红外波段有明显的宽光谱特征，可应用于对映体分子的SERS检测和圆偏振态识别的手性功能器件。
附图说明
[0024]图1是本专利技术将理论计算与实验条件相结合，完善方案并给出设计公式的技术路线图；
[0025]图2是本专利技术利用Auto CAD对银纳米螺旋(AgNH)单体进行三维建模，分析沉积速
率ν和基底旋转角速度φ对银纳米螺旋形态的影响示意图；
[0026]图3是本专利技术利用Auto CAD对银纳米螺旋(AgNH)阵列进行三维建模，分析沉积速率ν和基底旋转角速度φ对银纳米螺旋所形成的阵列形貌的影响示意图；
[0027]图4是本专利技术利用FDTD模拟软件对H＝350nm，R＝149.1nm，d＝65nm(H350 nm)的螺旋阵列的仿真结果图；
[0028]图5是本专利技术按照螺旋设计方案中三维建模和FDTD仿真分析所确定的生长参数，制备的比例分数为3/16的H＝350nm衬底SEM图；
[0029]图6是本专利技术按照螺旋设计方案中三维建模和FDTD仿真分析所确定的生长参数，制备的比例分数为4/16的H＝350nm衬底SEM图；
[0030]图7是本专利技术按照螺旋设计方案中三维建模和FDTD仿真分析所确定的生长参数，制备的比例分数为5/16的H＝350nm衬底SEM图；
[0031]图8是本专利技术按照螺旋设计方案制备的，周期比分别为3/16、4/16、5/16的H＝350nm衬底的圆二色性(CD本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种银纳米螺旋阵列结构的宽光谱圆二色性基底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：将理论计算与实验条件相结合，完善方案并给出设计公式；S2：利用Auto CAD对设计参数进行三维建模，分析确认制备参数对AgNH结构阵列的影响；S3：利用时域有限差分算法模拟软件，对三维结构宽光谱圆二色性进行三维空间结构的模拟仿真并计算圆二色性；S4：通过掠射角沉积技术和液氮冷却技术制备相应的AgNH结构的宽光谱圆二色性基底。2.根据权利要求1所述的一种银纳米螺旋阵列结构的宽光谱圆二色性基底的制备方法，其特征在于，步骤S1的具体步骤如下：(1)提出螺旋制备公式：R＝νsinβ/φ，H＝2πνcosβ/φ，其中R为螺旋半径，H为螺距，β为生长角度，ν为生长速率，φ为基底旋转角速度；生长速率ν＝生长比η
×
沉积速率，所述生长比η为纳米棒棒长与标称厚度之间的比值；(2)预实验：在样品台保持
‑
150℃，设定镀膜程序的沉积速率和标称厚度，保持衬底不旋转的情形下，即φ＝0时，制备低温银纳米棒衬底；通过扫描电子显微镜测量银纳米棒结构的生长角β、纳米棒棒长，完善步骤(1)中的螺旋制备公式R(ν,φ)、H(ν,φ)；此外，测量纳米棒直径、纵向间距、横线间距用于结构体阵列的CAD三维建模分析。3.根据权利要求2所述的一种银纳米螺旋阵列结构的宽光谱圆二色性基底的制备方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩彩芹，刘正淋，闫长春，段培同，
申请(专利权)人：江苏师范大学，
类型：发明
国别省市：