[發明專利]一種自組裝可調間隙的金納米薄膜制備方法

有效

• 申請號: 202010965751.2
• 申請日: 2020-09-15
• 公開（公告）號: CN112176296B
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 邢飛;李宗文;韓雪;吳田鴿;姬廣民;田敬坤
• 申請（專利權）人: 山東理工大學
• 主分類號: C23C14/34
• 分類號: C23C14/34;C23C14/02;C23C14/54;C23C14/18;C23C14/04;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產權代理有限公司 11360
• 代理人: 李稚婷

本發明公開了一種自組裝可調間隙的金納米薄膜制備方法，首先清洗基底并用等離子體進行表面處理改性，使其展現出強黏著力；然后以金屬Au作為濺射靶材，采用低真空濺射設備，控制真空度≤10Pa，以氧氣為工作氣體，調整靶材與基底距離為3～7cm，放電電流為5～10mA，在經過一段濺射時間完成金納米薄膜的制備。該方法工藝簡單，過程易操控，成本低廉，沉積速率快，結合力強，能夠實現大規模商業生產。通過調節環境壓強和濺射電流，設定濺射距離與時間，使得納米顆粒在基底表面上進行自組裝形成有序的二維納米薄膜，且納米顆粒間隙可調。所制備的納米金盤表面平整且厚度均勻，具有優異的光學、導電導熱特性以及生物相容性，穩定性高，重復性好。

技術領域

本發明涉及納米金的自組裝技術領域，具體涉及一種自組裝金納米薄膜的制備方法。

背景技術

自組裝是一種由簡單到復雜、由無序到有序的自發過程。具體來說，整個過程是若干個體之間同時自發的發生關聯并集合在一起形成一個緊密而又有序的整體，是一種整體的復雜的協同作用。在制備納米薄膜的過程中，采用低真空濺射法，通過調節沉積環境壓強進而改變濺射電流，且設定濺射時間，使得納米顆粒在基底材料表面上會進行自組裝形成有序的二維納米薄膜。自組裝技術簡便易行，無須特殊裝置，制備重現性好，并且在實驗過程中基本不受人為因素的影響，因而，近年來受到廣泛的重視。

金納米顆粒有著獨特的物理化學性能，包括高電子密度、介電特性、光學特性和催化作用，使其成為納米材料領域中研究的熱點之一。金納米顆粒的價帶和導帶是分開的，并且會產生量子尺寸效應，這與塊狀金是不同的。這些特殊的光學和電子特性在晶體管，光控開關等方面應用。因此金納米顆粒沉積而成的薄膜的性能也多種多樣，像電學光學磁學力學超導以及催化性能。尤其是，金納米薄膜能與多種生物大分子結合，且不影響其生物活性等優異特性。它也因為具有生物親和性再加上其表面等離子體共振吸收的性質，因而得到了廣泛的應用，并發揮著越來越重要的作用。但是，現有技術制備的納米金盤均勻性不好，存在成分不易控制，缺陷較多，雜質污染等問題。

發明內容

針對目前現有技術存在的問題和不足，本發明通過低真空濺射的方法，提供了一種納米自組裝可調間隙納米金盤的制備工藝，通過控制濺射距離、濺射時間，在透明硅質材料基底上沉積金納米顆粒自組裝而成納米盤，金納米顆粒之間存在間隙，可調節顆粒之間的間隙來達到需求。

本發明實現自組裝可調間隙的金納米薄膜的方法基于以下原理：

氣體在數百伏的直流電壓下產生輝光放電并產生濺射粒子，其轟擊金靶材，使金靶材表面原子飛出，并帶有一定的動能，在經過碰撞減速、成核，生成納米金顆粒并沿著一定的方向射向襯底，以不同的間隙沉積到石英襯底上形成薄膜。

本發明采用的技術方案是：

一種自組裝可調間隙的金納米薄膜的制備方法，包括以下步驟：

1)清洗基底并干燥；

2)對基底進行預處理：用等離子體清洗機對基底進行等離子體表面處理改性；

3)以金屬Au作為濺射靶材，將其安裝在低真空濺射設備的直流靶上，將步驟2)預處理后的基底安裝在低真空濺射設備的樣品臺上，控制真空度小于等于10Pa，以氧氣為工作氣體，調整靶材與基底距離為3-7cm，放電電流為5～10mA，在經過一段濺射時間完成金納米薄膜的制備。

上述步驟1)中，所述基底首選為透明硅質材料石英片，也可以采用藍寶石(Al₂O₃)、硅(Si)、碳化硅(SiC)等其他材料作為基底。將基底依次放入含洗潔精的去離子水混合液、異丙醇、丙酮中進行超聲清洗，其間每次更換清洗溶液時都用去離子水沖洗并干燥基底，最后將其干燥后保存。