[發明專利]一種表面粗糙的納米陣列結構的制備方法

在審

• 申請號: 202010181608.4
• 申請日: 2020-03-16
• 公開（公告）號: CN111413312A
• 公開（公告）日: 2020-07-14
• 發明（設計）人: 王雅新;溫嘉紅;趙曉宇;張永軍
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;B82Y15/00;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州杭誠專利事務所有限公司 33109
• 代理人: 尉偉敏

本發明涉及復合材料的微納加工技術領域，公開了一種表面粗糙的納米陣列結構的制備方法，包括以下步驟：通過自組裝的方法制備有序的單層聚苯乙烯微球陣列；利用等離子體刻蝕技術對聚苯乙烯微球陣列進行刻蝕，使聚苯乙烯微球直徑縮小；利用離子束轟擊技術對刻蝕完成的聚苯乙烯微球陣列進行轟擊，使聚苯乙烯微球表面變得粗糙；利用磁控濺射技術在轟擊完成的聚苯乙烯微球陣列表面濺射納米陣列結構材料，即獲得表面粗糙的納米陣列結構。通過本發明的制備方法獲得的納米陣列結構中，各納米粒子表面粗糙，因而具有比表面積大、活性大、光散射增加的優點，且各納米粒子體積小，整個納米陣列結構周期性好，在應用上更具優勢。

技術領域

本發明涉及復合材料的微納加工技術領域，尤其涉及一種表面粗糙的納米陣列結構的制備方法。

背景技術

高度有序的納米陣列是以納米顆粒、納米線或納米管為基本單元，采用物理和化學等方法在二維或三維空間構筑的納米體系。高度有序的納米陣列結構除具有一般納米材料的性質外，它的量子效應突出，具有比無序的納米材料更加優異的性能。納米陣列結構很容易通過電、磁、光等外場實現對其性能的控制，從而使其成為設計納米超微型器件的基礎。目前，有序納米結構材料已經在垂直磁記錄、微電極束、光電元件、潤滑、傳感器、化學電源、多相催化、表面增強拉曼散射（SERS）等許多領域開始得到應用。相較于各納米粒子表面光滑的納米陣列結構而言，表面粗糙的納米陣列結構由于比表面積大、活性大、光散射增加等特點，被廣泛應用于表面增強拉曼散射（SERS）、新能源、納米光子學等領域。

目前常通過化學方法來制備表面粗糙的納米陣列結構，主要過程包括制備表面粗糙的納米粒子和將納米粒子組裝成高度有序的納米陣列結構。例如，申請號為CN201110120345.7的中國專利文獻公開了基于金納米星的表面增強拉曼散射活性基底及其制備方法，包括以下步驟：（1）在100mL濃度為0.04M的N-(2-羥乙基)-哌嗪-N'-2磺酸水溶液中加入1M的氫氧化鈉水溶液，用于將體系的pH調節至7.4，隨后加入700L質量體積比濃度為1%的氯金酸水溶液，混勻后置于28℃水浴中靜置反應1h，此過程中溶液的顏色變化為：淺黃色一無色一淡粉色一紫色一藍色一藍綠色，溶液顏色穩定不再發生變化表示反應終止，生成了組裝基底所需要的星狀金納米顆粒溶液，將此溶液在紫外一可見一近紅外分光光度計下進行表征，星狀金納米顆粒溶液應具有兩個消光峰，其中一個在532±10nm，另外一個應在700±5nm；（2）將玻璃片切割成1cm×4cm大小的長條，清洗干凈后豎直浸入到體積比為1%的3-氨丙基三乙氧基硅烷的乙醇溶液中，密封后靜置12h以獲得氨基化的帶有正電荷表面的玻璃片，氨基化完成后用無水乙醇清洗玻璃片3遍，70℃烘干，超純水清洗3遍后烘干備用；（3）將步驟2中氨基化好的玻璃片豎直浸入步驟1制備的金納米星溶液中，磁力攪拌6h，磁力攪拌的速度在300rpm到600rpm之間，隨后用超純水淋洗五遍以上，即可獲得本發明所述的SERS活性基底。該發明通過靜電自組裝使金納米星組裝成SERS基底，通過該方法制備的納米陣列結構周期性差，會影響其應用，例如，高度有序的SERS基底具有確定的幾何形狀和更高的拉曼增強，這些都是常規測量痕量分析物所必需的條件，并且，周期性差也將導致在SERS基底各處檢測到的信號強度不同，影響SERS檢測的準確性和重復性。

此外，靜電紡絲方法也能制備表面粗糙的納米陣列結構。例如，申請號為CN201910325424.8的中國專利文獻公開了一種單向靜電紡絲三維拉曼增強基底及其制備方法和應用，該制備方法包括以下步驟：銀膠溶液與聚乙烯醇水溶液混合，通過靜電紡絲方法制備得到聚乙烯醇銀納米顆粒紡絲基底，在PVA@Ag nanofibers紡絲基底的表面通過熱蒸鍍的方法沉積銀納米顆粒，得到聚乙烯醇銀納米顆粒/銀納米顆粒拉曼增強基底。通過這種靜電紡絲和蒸鍍的方法制備表面粗糙的納米陣列，其紡絲基底中各纖維之間的排布周期性較差，且各纖維結構尺寸大，這些都會影響納米陣列結構的性質和應用，例如，當用作SERS基底時，各纖維結構尺寸大將導致激光照射范圍內縫隙少，因而信號弱，會影響SERS檢測的靈敏度。

發明內容