[發明專利]粗糙金納米顆粒構成的薄膜及其制備方法和用途

有效

• 申請號: 202110995846.3
• 申請日: 2021-08-27
• 公開（公告）號: CN113668029B
• 公開（公告）日: 2023-03-10
• 發明（設計）人: 朱儲紅;劉丹;袁玉鵬;杜海威;徐更生;嚴滿清;江道傳
• 申請（專利權）人: 安徽大學
• 主分類號: C25D7/12
• 分類號: C25D7/12;C25D3/48;C25D5/00;B22F9/24;B82Y40/00;G01N21/65
• 代理公司: 合肥國和專利代理事務所(普通合伙) 34131
• 代理人: 孫永剛

本發明涉及一種粗糙金納米顆粒構成的薄膜，其主要由位于導電襯底上的眾多大的金納米顆粒以及包覆在大的金納米顆粒表面上的眾多小的金納米顆粒，所述眾多大的金納米顆粒相堆疊成層；所述小的金納米顆粒粒徑15?80nm，所述大的金納米顆粒粒徑200?900nm。粗糙金納米顆粒組成的薄膜結構由2至4層表面凹凸不平的金納米顆粒疊加連接形成，這種結構使得其間具有更多的間隙，能夠提供眾多的SERS熱點，而且這種薄膜結構具有良好的結構均勻性，為SERS信號的均勻性提供了可靠的保障，從而使目的產物的SERS靈敏度和信號均勻性均得到顯著提升。其可以作為表面增強拉曼散射的活性基底用于檢測有機染料。

技術領域

本發明涉及一種金納米材料及制備方法和用途，尤其是一種粗糙金納米顆粒組成的薄膜及其制備方法和用途。

背景技術

表面增強拉曼散射(SERS)光譜技術能夠提供分子振動的指紋信息，具有指紋識別、靈敏度高和檢測速度快等優點。SERS光譜的產生，離不開SERS基底。為了實現SERS檢測技術的應用，科研人員研發了眾多類型的SERS基底。金納米結構SERS基底具有化學穩定性高、SERS活性優良和性能穩定等優點，受到廣泛關注。SERS基底的信號，主要來自于電磁場熱點。狹窄的貴金屬納米間隙和納米級粗糙表面，均能產生熱點。人們為了獲得具有大量熱點的金納米結構，作了一些有益的嘗試和努力，如題為“Facile Fabrication of High-Density Sub-1-nm Gaps from Au Nanoparticle Monolayers as Reproducible SERSSubstrates”，Adv.Funct.Mater.2016,26,8137–8145(“簡便制備具有高密度亞納米間隙的單層金納米顆粒膜作為可重復的SERS基底”，《先進功能材料》，2016年第26卷第8137-8145頁)的文章。該文中提及的單層金納米顆粒膜為于硅片襯底上覆有的由單層金納米顆粒組裝的薄膜；制備方法為先使用液面自組裝法獲得金納米顆粒組裝的單層薄膜，再將單層薄膜直接轉移到干凈的硅片表面以獲得產物。這種產物雖在633nm和785nm處具有較強的光吸收，卻和其制備方法都存在著不足之處；首先，產物中的金納米顆粒僅為單層，不僅制約了其SERS的活性，其均勻性也極易于被水等待測溶液破壞，從而嚴重地影響其SERS信號的均勻性；其次，制備方法不能獲得具有較高SERS活性和不受水等待測溶液破壞其SERS信號均勻性的產物。為此發展了一種在濺射有金膜的導電襯底上電沉積金納米顆粒組裝的薄膜的方法，如2017年5月3日申請的專利申請號為2017103043375，題為“金納米顆粒組裝的薄膜及其制備方法和用途”的發明專利。該薄膜為導電襯底上覆有由多層金納米顆粒相互黏附成厚200nm-2μm的薄膜，其中，金納米顆粒的粒徑為30-120nm；方法為先于導電襯底的表面濺射金，得到其表面覆有金膜的導電襯底，再將石墨片作為陽極，表面覆有金膜的導電襯底為陰極置于金電解液中，于恒定電流下電沉積，制得目的產物。所使用的金電解液為0.2-10g/L的氯金酸水溶液和2-200g/L的聚乙烯吡咯烷酮(PVP)水溶液的混合液，雖然該制備方法得到的是多層金納米顆粒組裝的薄膜，但制備方法和產物形貌均具有提升的空間。例如，采用了濺射的方法在導電玻璃表面濺射一層金膜，致使這種制備方法嚴重依賴于濺射儀器；其次，濺射所得的金納米顆粒表面光滑，即使金顆粒間具有間隙增加了SERS熱點，但是熱點量仍有限；再次，其在金電解液中添加了表面活性劑聚乙烯吡咯烷酮，該表面活性劑會吸附在制備的金納米顆粒表面，不易去除，在檢測低濃度待測分子時，會產生聚乙烯吡咯烷酮的SERS信號，從而對SERS檢測產生干擾信號。

發明內容

為解決上述現有技術中遇到的技術問題，本發明提供了一種粗糙金納米顆粒組成的薄膜及其制備方法和用途。這種粗糙金納米顆粒組成的薄膜由位于導電襯底上的金納米顆粒相互連接疊加組成，金納米顆粒具有眾多的SERS熱點，結構均勻，保證了SERS信號的均勻性和高檢測靈敏度。