[發(fā)明專利]一種基于表面等離子激元共振的折射率測試及其制作方法

有效

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• 申請日: 2017-12-08
• 公開（公告）號: CN108169171B
• 公開（公告）日: 2020-12-25
• 發(fā)明（設計）人: 吳紹龍;李孝峰;秦琳玲;李劉晶;李亮
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: G01N21/41
• 分類號: G01N21/41;C23C14/18;C23C14/24;C23C14/30;C23C14/35
• 代理公司: 蘇州簡理知識產(chǎn)權代理有限公司 32371
• 代理人: 楊曉東

本發(fā)明公開了一種基于表面等離子激元共振的折射率測試及制作方法，其特征在于：其結合以自組織排列的聚苯乙烯球陣列為模板，通過沉積與去除工藝制備金屬微納結構、介質薄膜層和金屬薄膜層的疊層結構，所述疊層結構具有與背景物質折射率相關的表面等離子激元共振峰位，據(jù)此可以測試出背景物質的折射率。本發(fā)明所公開的基于表面等離子激元共振的折射率測試及制作方法，利用金屬微納結構、介質薄膜層和金屬薄膜層所構筑的疊層結構的表面等離子激元共振的特征峰，實現(xiàn)背景氛圍物質折射率的低成本、快速、精準測試。

技術領域

本發(fā)明涉及微納結構的制備及微納光學，屬光信息技術領域，特別涉及一種基于表面等離子激元共振的折射率測試及其制作方法。

背景技術

近年來，金屬微納結構及其光學性能的研究引起了極大關注，其在光探測、光電能量轉換與儲存、化學傳感等領域均被證明具有良好的應用前景。其中，基于金屬微納結構陣列而構筑的超表面具有可調制的光學性能，通過調制表面等離子激元共振峰位可以實現(xiàn)寬光譜的理想吸收、也可實現(xiàn)波長可調的窄帶吸收。Maiken H.Mikkelsen等在《先進材料》上報道了在金薄膜基底上可控地排列膠體的銀納米塊(colloidal Ag nanocubes)，通過在銀納米塊與金薄膜基底間引入納米量級的聚合物隔離層，實現(xiàn)了可見光到近紅外波段的可調窄帶的完美吸收。Andrea R.Tao等開展了類似的研究工作，通過控制銀納米塊陣列的間隙而實現(xiàn)了近紅外波段的可調窄帶的完美吸收。表面等離子共振的吸收峰位除了與金屬材質、尺寸和形狀有關外，還與金屬納米結構周圍介質的折射率密切相關。基于此，可以利用共振峰位的移動來探測介質層、背景氛圍的折射率。Anatoli Ianoul等將銀納米塊分散于不同溶劑中，通過測試這些溶液的消光譜可以總結出消光譜峰位與溶劑折射率的關系，進而可以由所測試光譜峰位推算出溶液的折射率；此外，他們還在不同基底上利用自裝置技術得到了朗繆爾單層膜，通過測試分析這些被銀納米塊覆蓋基底的消光譜可以推算出基底的折射率。

發(fā)明內容

本發(fā)明目的是：克服現(xiàn)有技術存在的不足，解決現(xiàn)有技術中存在的問題，提供一種基于表面等離子激元共振的折射率測試及其制作方法，利用金屬微納結構、介質薄膜層和金屬薄膜層構筑的疊層結構所具有的表面等離子激元共振特征峰來實現(xiàn)背景折射率低成本、高準確度、快速測試。

本發(fā)明的技術方案為：

一種基于表面等離子激元共振的折射率測試及制作方法，其特征在于：其結合以自組織排列的聚苯乙烯球陣列為模板，通過沉積與去除工藝制備金屬微納結構、介質薄膜層和金屬薄膜層的疊層結構，所述疊層結構具有特征的表面等離激元共振峰位，據(jù)此可以測試出背景折射率。

優(yōu)選的，所述基于表面等離子激元共振的折射率測試及制作方法的具體流程如下：1)在清洗干凈的玻璃基底沉積50～100納米的金屬薄膜；2)在金屬薄膜表面旋涂聚合物薄膜；3)采用微量注射泵往水面注入聚苯乙烯球的水和乙醇的混合溶液，待聚苯乙烯球完全覆蓋水面后停止注射并靜置12小時；4)將在水面排布好的聚苯乙烯球陣列轉移至聚合物/金屬薄膜覆蓋的玻璃基底上；5)在60℃的氮氣氛圍下熱處理30分鐘；6)在氧等離子氛圍下刻蝕10～30分鐘，使得聚苯乙烯球直徑減小；7)再次沉積30～60納米的金屬薄膜；8)化學法去除聚苯乙烯球后，在50℃的氮氣氛圍下熱處理30分鐘，得到金屬微/納米孔陣列、聚合物薄膜層和金薄膜層的超表面結構。

優(yōu)選的，所采用金屬為金、銀、鋁、鉑、銠或釕。

優(yōu)選的，所述金屬第一次沉積采用電子束蒸鍍、熱蒸鍍或磁控濺射方法實現(xiàn)；而第二次沉積采用電子束蒸鍍方法實現(xiàn)。

優(yōu)選的，聚苯乙烯球的自組裝陣列使用“自下而上”法；而金屬微納結構通過“自上而下”法，用物理法沉積金屬和化學法去除聚苯乙烯球得到。

優(yōu)選的，聚苯乙烯球初始直徑為1～3微米，減小后聚苯乙烯球的直徑為初始值的50～80％。