[發明專利]一種三維光子晶體-等離激元模式增強熒光納米結構及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 201611037525.8
• 申請日: 2016-11-23
• 公開（公告）號: CN106770083B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 洪煒;陳國健;陳旭東
• 申請（專利權）人: 中山大學
• 主分類號: G01N21/64
• 分類號: G01N21/64;C09K11/02;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 陳衛

本發明公開了一種三維光子晶體?等離激元模式增強熒光納米結構及其制備方法和應用。所述三維光子晶體?等離激元模式增強熒光納米結構包括三維光子晶體和島狀納米金屬，島狀納米金屬分散在三維光子晶體最表層的球狀結構上方，島狀納米金屬顆粒的平均尺寸小于三維光子晶體最表層的球狀結構的平均尺寸。具體制備方法是首先利用垂直沉降法將單分散微球自組裝成三維光子晶體，然后對其表面進行疏水化處理，最后再沉積一層10～40納米厚的金屬層。本發明制備方法簡單，重復性強，適用于多種材料，尤其是低成本的賤金屬，制備得到的納米結構有顯著的熒光增強效果，可廣泛應用于熒光檢測、熒光成像、太陽能電池、發光器件等領域，具有推廣應用前景。

技術領域

本發明屬于納米材料技術領域。更具體地，涉及一種基于三維光子晶體-等離激元模式增強熒光納米結構及其制備方法和應用。

背景技術

熒光技術已被廣泛應用于發光二極管，單分子檢測，生物成像，傳感器等領域。提高熒光強度，對于熒光技術的應用意義重大。目前，增強熒光強度主要有三種途徑：納米金屬等離激元、光子晶體以及兩者的復合。

目前對于光子晶體及等離激元模式的復合，主要停留在以二維光子晶體與等離激元之間，已經取得了豐碩的成果。在其中，一般以二維光子晶體表面的周期為模板，獲得金屬有序納米結構，從而調控納米金屬的等離共振吸收特性。納米金屬的等離共振吸收特性受到納米金屬的種類、尺寸、分布、形狀影響。而目前已有的復合體系，為了使納米金屬的等離共振吸收處于可見光范圍，以獲得更好的熒光增強效果，通常需要采用金、銀等貴金屬，局限了金屬種類的選擇，且制備成本較高。

此外，部分制備等離激元結構方法如電子束刻蝕、光刻法、壓印技術、AAO模板等，還存在著儀器昂貴，操作繁瑣，重復性差等缺陷。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有等離激元制備技術的缺陷和技術不足，提供一種易于重復制備的等離共振特性連續可調、適用范圍廣、低成本實現高倍數熒光增強的三維光子晶體-等離激元模式納米結構。

本發明的目的是提供一種三維光子晶體-等離激元模式增強熒光納米結構及其制備方法。

本發明另一目的是所述三維光子晶體-等離激元模式增強熒光納米結構在增強熒光物質熒光強度方面的應用。

本發明上述目的通過以下技術方案實現：

一種三維光子晶體-等離激元模式增強熒光納米結構，包括三維光子晶體和島狀納米金屬；所述島狀納米金屬位于三維光子晶體的上表面，即島狀納米金屬分散在三維光子晶體最表層的球狀結構上方，島狀納米金屬顆粒的平均尺寸小于三維光子晶體最表層的球狀結構的平均尺寸（如圖1所示）。

優選地，所述金屬為鋁、鎳、銅、金、銀、鉑中的一種或幾種的合金。

另外，上述三維光子晶體-等離激元模式增強熒光納米結構的制備方法，包括如下步驟：

S1. 將單分散微球自組裝成三維光子晶體；所述微球為常規方法制備或直接購買的聚合物微球或無機物微球；

S2. 對三維光子晶體表面進行疏水化處理，得到疏水化三維光子晶體；

S3. 在疏水化三維光子晶體上沉積一層厚度為10～40納米的金屬層，最終獲得三維光子晶體上島狀納米金屬結構。

上述制備得到的三維光子晶體和在其上制備的島狀納米金屬即為三維光子晶體-等離激元模式表面增強熒光基底。

其中，優選地，步驟S3所述金屬為鋁、鎳、銅等賤金屬，金、銀、鉑等貴金屬或其合金。

即優選地，所述步驟S3所述金屬層為納米鋁層、納米鎳層、納米銅層、納米金層、納米銀層、納米鉑層中的一種或幾種的組合。

優選地，步驟S3所述金屬層的厚度為20納米。