二氧化硅单核铋-银双帽状复合纳米粒子及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种二氧化硅单核铋－银双帽状复合纳米粒子及其制备方法，所述二氧化硅单核铋－银双帽状复合纳米粒子是在二氧化硅纳米粒子上有一层铋薄膜，铋薄膜之上有一层银薄膜；其制备方法包括：（１）采用Ｓｔ＊ｂｅｒ方法制备二氧化硅纳米粒子；（２）采用自组装技术在石英片表面制备二氧化硅纳米粒子单层阵列；（３）采用热蒸发法在覆有二氧化硅纳米粒子的石英片表面先后沉积铋薄膜和银薄膜。得到的复合纳米粒子具有良好的化学稳定性，存放一年所得吸收光谱图几乎无变化。该制备方法操作简便、成本低廉、可重复性好且易于控制核直径与帽厚度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种二氧化硅单核铋一银双帽状复合纳米粒子及其制备方法。技术背景相对于体材料，贵金属银纳米粒子具有许多独特的物理和化学性质，其中表面等离子 共振(SPR)特性是研究的热点之一，SPR与粒子大小、形状和所处的环境等因素密切相关。 基于表面等离子共振响应，银纳米粒子已广泛应用于光学元件、化学生物传感器、表面增 强荧光光谱和表面增强拉曼光谱等方面。目前银纳米粒子的制备方法主要有化学还原法、 电极法、沉积法、物理蒸镀法。制备纳米银的结构有胶体(颗粒、线状、三角形状、盘状等)、 电极、薄膜、电介质/银核壳结构、帽状银纳米粒子等。在各种银纳米结构中，帽状纳米粒子由于其自身特殊的几何结构而对光的响应更为敏 感，Halas研究小组采用湿化学还原方法结合纳米尺度的掩膜技术制备出了金壳层的杯状及 帽状纳米复合粒子，通过对其光学性能的研究发现，在一定偏振条件下，其表面等离子共 振所产生的消光系数强烈地依赖于光的入射角度。国内外已有人采用化学合成法结合物理蒸镀技术制备出了帽状银纳米粒子，然而利用 真空热蒸发法蒸镀的银膜在室内放置一段时间易退化，为此，有必要提高其稳定性。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种稳定性高的二氧化硅单核铋 一银双帽状复合纳米粒子。本专利技术的另一个目的是提供一种上述二氧化硅单核铋一银双帽状复合纳米粒子的制备 方法，该方法操作简单，工艺过程易控制，成本低廉，可重复性好，制备的复合粒子具有 良好的稳定性。本专利技术的一种二氧化硅单核铋一银双帽状复合纳米粒子，是在二氧化硅纳米粒子上有 一层铋薄膜，铋薄膜之上有一层银薄膜。作为优选，所述二氧化硅纳米粒子的直径为200-450 nm，所述铋薄膜的厚度为25-40 nm，所述银薄膜的厚度为10-30 nm。所述的二氧化硅单核铋一银双帽状复合纳米粒子的制备方法，包括以下步骤(1) 采用St6ber方法制备二氧化硅纳米粒子；(2) 采用自组装技术在石英片表面制备二氧化硅纳米粒子单层阵列； (3)采用热蒸发法在覆有二氧化硅纳米粒子的石英片表面先后沉积铋薄膜和银薄膜。 本专利技术与现有技术相比具有如下优点(1) 上述采用传统的热蒸发法制备Si02单核Bi-Ag双帽结构复合纳米粒子的方法，得到的复合粒子具有良好的化学稳定性，存放一年所得吸收光谱图几乎无变化。(2) 该方法操作简便、成本低廉、可重复性好且易于控制核直径与帽厚度。(3) 半金属铋材料因其高度各向异性的费米表面、低载流子有效质量、高电子迁移率 等特点，而具有独特的光学性质和电学性质，广泛应用于超导体、热电材料、量子受限等 领域。(4) 铋薄膜的等离子共振峰位于近红外区且具有非常好的稳定性。将铋引入复合纳米 粒子可有效提高其稳定性和等离子共振峰的可调谐性。附图说明图1是本专利技术方法制备的石英片上粒径约为450 nm的Si02纳米粒子自组装膜的扫描电 镜照片。图2是本专利技术的Si02/Bi/Ag核双帽结构复合纳米粒子的扫描电镜照片；其中Si02纳米 粒子直径为200 nm， Bi和Ag薄膜厚度分别为30和10 nm。图3是本专利技术的核帽结构复合纳米粒子的吸收光谱图；其中Si02纳米粒子直径为450 nm，帽分别为30nmBi/20nmAg、 30 nm Bi和20 nm Ag薄膜。图4是本专利技术的Si02/Bi/Ag核双帽结构复合纳米粒子的吸收光谱图；其中Si02纳米粒 子直径为450nm， Ag薄膜厚度为20 nm， Bi薄膜厚度为25-40 nm不等。图5是本专利技术的Si02/Bi/Ag核双帽结构复合纳米粒子的吸收光谱图其中Si02纳米粒 子直径为200-450 nm不等，Bi和Ag薄膜厚度分别为30和10 nm。具体实施方式 实施例1) 先将30mL无水乙醇，5mL水和3 mL氨水在磁力搅拌下混合均匀，然后逐滴加 入1.7mL正硅酸乙酯，混合溶液逐渐呈乳白色浑浊，持续搅拌10h后加入20pL硅烷偶联 剂APTES对Si02胶体进行表面改性。静置12h后，将混合溶液离心洗涤并重新分散于酒 精数次以除去剩余反应物。2) 将2 cm x 2 cm石英片放入"水虎鱼"溶液(由体积比为7:3的H2S04和H202组 成)中浸泡3h，再依次用高纯水和酒精超声波清洗lh，之后放在恒温干燥箱于100 °C干 燥1h以提高其表面亲水性。3)2 3滴Si02溶胶滴于一洁净的普通玻片上静置数秒后，将玻片沿水面缓慢浸入一盛满高纯水的烧杯中，在水面上立刻形成了一单层Si02薄膜，利用向上提拉法将单层膜转 移到石英片上，分别得到覆有直径分别为200 nm、 300 nm、 360 nm、 450 nm的SiO2纳米微球的石英片。4) 把覆有直径分别为200nm、 300nm、 360nm、 450 nm的Si02纳米粒子的石英片放 入蒸发镀膜机内的基片架上，将半金属铋粒和金属银丝事先分别放在不同的鸽舟上。当容 器室内真空度达到6xl0—4帕时开始镀膜，先在四种直径的Si02纳米粒子的石英片上依次 分别沉积40nm、 35nm、 30nm、 25nm厚的铋膜，再沉积10nm、 15nm、 20nm、 30nm厚的 银膜。薄膜厚度检测设备(INFICON XTM/2 Deposition Monitor)进行在线膜厚和速度监测， 镀膜速度为0.01-0.03 nm*s"。5) 采用PHILIPS XL-30ESEM型扫描电镜表征Si02纳米粒子自组装膜的表面形貌。 如图1所示，石英片上Si02纳米粒子粒径约为450 nm， Si02微球自组装膜基本呈密排单 层阵列。6) 采用Quanta400F型热场发射扫描电镜表征双帽状结构Si02/Bi/Ag复合纳米粒子的 表面形貌。图2表明二氧化硅表面的铋银双帽层较粗糙，有一些纳米级的岛状结构存在。7) 采用cary-5000型紫外可见近红外分光光度计来表征石英片上Bi-Ag双帽状复合纳 米粒子的吸收光谱，研究等离子共振峰与复合纳米粒子尺寸的关系。图3表明Si02/Bi/Ag 核双帽结构复合纳米粒子的吸收是Bi和Ag吸收峰的叠加；图4和图5表明复合纳米粒子 的等离子共振峰随金属帽层厚度的增大而蓝移，随内核粒径的增大发生更为明显的红移， 附图给出了银膜厚度分别为10 nm和20 nm的复合纳米粒子的吸收光谱。权利要求1、一种二氧化硅单核铋-银双帽状复合纳米粒子，其特征在于在二氧化硅纳米粒子上有一层铋薄膜，铋薄膜之上有一层银薄膜。2、 根据权利要求1所述的复合纳米粒子，其特征在于所述二氧化硅纳米粒子的直径为 200-450 nm，所述铋薄膜的厚度为25-40 nm，所述银薄膜的厚度为10-30 nm。3、 权利要求1或2所述的二氧化硅单核铋一银双帽状复合纳米粒子的制备方法，包括 以下步骤(1) 采用Steber方法制备二氧化硅纳米粒子；(2) 采用自组装技术在石英片表面制备二氧化硅纳米粒子单层阵列；(3) 采用热蒸发法在覆有二氧化硅纳米粒子的石英片表面先后沉积铋薄膜和银薄膜。4、 根据权利要求3所述的方法，其特征在于步骤(1)包括先将30mL无水乙醇，5mL水和3 mL氨水在磁力搅拌下混合均匀，逐滴加入1.7 mL 正硅酸乙酯，混合溶液逐渐呈乳白色浑浊，持续搅拌10h后加本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种二氧化硅单核铋－银双帽状复合纳米粒子，其特征在于在二氧化硅纳米粒子上有一层铋薄膜，铋薄膜之上有一层银薄膜。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：满石清，肖桂娜，
申请(专利权)人：暨南大学，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]