[發明專利]一種尺寸密度可控鋁納米顆粒陣列的制備方法

有效

• 申請號: 201310250357.0
• 申請日: 2013-06-21
• 公開（公告）號: CN103320753A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發明（設計）人: 黃凱;陳雪;康俊勇;高娜;楊旭
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: C23C14/30
• 分類號: C23C14/30;C23C14/14;B22F9/04
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 馬應森

技術領域

本發明涉及鋁納顆粒陣列的制備方法，尤其涉及一種尺寸密度可控鋁納米顆粒陣列的制備方法。

背景技術

最近幾年，金屬納米材料因其嶄新的光、電、熱性質和催化活性等方面的獨特性能以及在納米光電子器件、生物傳感器等方面的良好應用前景而引起了人們的極大關注。

金屬納米粒子首先被使用在利用氣-液-固(VLS)法制備納米線的方法中，制備在特定襯底上的金屬納米顆粒陣列可作金屬催化劑，誘導納米線的生長。在另一方面，當特定波長的光照射到金屬上時，金屬中的電子將在電場的作用下發生集體振蕩，這種效應就稱之為表面等離子體激元效應（Surface?Plasmon?Resonance，SPR）。如果將金屬制備成納米顆粒，當特定波長的光照射到金屬納米顆粒上時，金屬納米顆粒中的電子將產生集體振蕩，而這種振蕩將被局域在相應的納米顆粒中，稱之為局域表面等離子體振蕩(Localized?Surface?Plasmon?Resonance，LSPR)效應，相比于SPR效應，由于金屬納米顆粒的表面曲率半徑極小，LSPR效應可以使得金屬納米顆粒表面附近空間中的局域電磁場得到極大的增強，這種效應最顯著的光學表現就是增強光散射和光吸收，從而使金屬納米顆粒的吸收譜中產生強烈的共振吸收峰。LSPR效應使得金屬納米顆粒有著廣泛的應用前景，如：生化傳感器，光學濾波器，等離子體波導和表面增強拉曼散射譜儀等。LSPR共振吸收峰的峰位對于納米顆粒的大小，形狀、顆粒間的間距、介電環境和介電特性非常的敏感，所以通過改變納米顆粒的大小、形狀、成分以及介電環境可以很有效地控制LSPR效應。

制備表面等離激元的材料一般有金、銀、鋁等金屬。金和銀的表面等離激元共振峰一般位于近紫外-可見光波段，而鋁的表面等離激元共振峰可達250nm的深紫外波段（K.Okamoto,I.Niki,A.Shvartser,et?al.Surface-plasmon-enhanced?light?emitters?based?on?InGaN?quantum?wells[J].Nature?materials,2004,3:601-605），是目前所知與深紫外光耦合產生表面等離激元最有效的一種金屬。從制備方法來說，除了溶液化學法外，在各種襯底上制備金屬納米顆粒最通常采用的方法是蒸鍍薄層金屬后利用退火的方法來制備金屬納米顆粒陣列，利用該方法獲得金、銀等貴金屬納米顆粒陣列的技術已經很成熟（M.K.Kwon,J.Y.Kim,B.H.Kim,et?al.Surface-Plasmon-Enhanced?Light-Emitting?Diodes[J].Advanced?Materials,2008,20(7:1253-1257)）。但經過我們實驗證明，在蒸鍍設備中蒸鍍薄層金屬后另行退火的方法對制備鋁納米顆粒陣列并不適用。這主要是由于鋁是一種相當活潑的金屬，當金屬鋁暴露在空氣中后，會在表面形成一薄層堅固致密的自然氧化層（約2nm），如果采用像制備金、銀納米顆粒的退火方法來制備鋁納米顆粒，該自然氧化層將會阻止鋁原子的橫向遷移，最終無法獲得鋁納米顆粒，而由于熱失配的作用，最終形成一種片狀結構。目前，制備鋁納米顆粒陣列主要采用光刻技術等微加工工藝（G.H.Chan,J.Zhao,G.C.Schatz,et?al.Localized?surface?plasmon?resonance?spectroscopy?of?aluminum?nanoparticles[J].J.Phys.Chem.C,2008,112(13958-13963)，但是這些方法成本高，且得不到小尺寸，高密度的鋁納米顆粒，使其應用受到局限。

發明內容

本發明的目的在于針對現有的采用簡單制備方法制備小尺寸、高密度鋁納米顆粒陣列的難題，提供可實現顆粒尺寸密度可調的一種尺寸密度可控鋁納米顆粒陣列的制備方法。

本發明包括以下步驟：

1）在E-Beam生長腔體中，放入樣品臺，然后將襯底放置于樣品臺上；

2）將鋁置于E-Beam生長腔體內，用高能電子束轟擊膜料鋁，使之表面產生很高的溫度后由固態直接升華到氣態，并沉積在襯底上，完成尺寸密度可控鋁納米顆粒陣列的制備。

在步驟1）中，所述樣品臺可采用傾角為0～90°的紙質楔形臺或其他楔形絕緣體作為樣品臺；所述襯底可采用硅、二氧化硅、玻璃、石英、藍寶石、氮化鎵等襯底中的一種。