[發明專利]一種制備納米圓錐形蜂窩結構的方法

在審

• 申請號: 202111580560.5
• 申請日: 2021-12-22
• 公開（公告）號: CN114231929A
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發明（設計）人: 趙曉宇;梁龍杰;溫嘉紅;張鑒;郭筱潔;王雅新;鐘家松;張永軍
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: C23C14/35
• 分類號: C23C14/35;C23C14/06;C23C14/58;B82Y40/00
• 代理公司: 杭州君度專利代理事務所(特殊普通合伙) 33240
• 代理人: 楊舟濤

本發明公開了一種制備納米圓錐形蜂窩結構的方法，本發明以有序聚苯乙烯小球陣列為基礎，用旋涂的方法將PVA膠搭建在小球上，以控制小球間隙，在利用磁控濺射的方式向樣品表面共濺射銀、二氧化硅膜，去掉小球后，對樣品進行化學腐蝕，形成蜂窩圓錐形納米結構。本發明設計并制備得到了一種納米蜂窩圓錐形陣列結構，這種結構大大增強了比表面積和納米圓錐間的空腔和間隙，增強了其SERS強度。本發明采用了物理化學共同處理的手段。提出一個嶄新的實驗方案設計并制備了所要獲得的納米圖案。

技術領域

本發明屬于周期納米材料制備技術領域，具體涉及一種基于蜂窩圓錐形納米結構的研究制備方法。

技術背景

利用磁控濺射、化學反應、旋涂等技術可以實現蜂窩圓錐形納米柱結構的制備，對納米級空腔進行精度設計與加工，使得納米陣列有序可控，以用于擴大比表面積，增強SERS強度。

磁控濺射是物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，PVD)的一種。一般的濺射法可被用于制備金屬、半導體、絕緣體等多材料，且具有設備簡單、易于控制、鍍膜面積大和附著力強等優點。它的工作原理是指電子在電場E的作用下，在飛向基片過程中與氬原子發生碰撞，使其電離產生出Ar正離子和新的電子；新電子飛向基片，Ar離子在電場作用下加速飛向陰極靶，并以高能量轟擊靶表面，使靶材發生濺射。

表面增強拉曼散射(SERS)技術克服了傳統拉曼光譜與生俱來的信號微弱的缺點，可以使得拉曼強度增大幾個數量級。其增強因子可以高達10¹⁴～10¹⁵倍，足以探測到單個分子的拉曼信號，這些都是傳統拉曼的靈敏度和測量速度不足以完成的。目前最常用的金屬是金和銀，但是單層金屬膜的SERS強度有限，其測試范圍和大小都有很大的局限性。因此，在改進單層金屬膜的SERS強度就有很大的意義，在環境監測、食品安全、臨床檢驗及疾病診斷等眾多領域中能有充分應用。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種蜂窩圓錐形納米結構的制備方法，該方法是以該方法是以有序聚苯乙烯小球陣列為基礎，用旋涂的方法將PVA膠搭建在小球上，以控制小球間隙，在利用磁控濺射的方式向樣品表面共濺射銀、二氧化硅膜，去掉小球后，對樣品進行化學腐蝕，形成蜂窩圓錐形納米結構。

本結構制備方法的具體步驟如下：

1)處理具有親水性硅片；

2)制備六方密排的聚苯乙烯小球陣列；

將直徑500nm聚苯乙烯小球和無水乙醇的按照體積比為1:1混合，再通過超聲處理使聚苯乙烯小球均勻分散，用移液槍將聚苯乙烯小球分散液滴在大塊的硅片，使分散液均勻分布在硅片上，將大硅片傾斜的滑入液面平穩的器皿中，在水面上形成密排的聚苯乙烯小球陣列，最后用清洗后的硅片將浮在水面上的小球陣列緩慢的撈起來，吸水干燥后備用。

3)制備PVA膠；

4)利用旋涂機將PVA膠旋涂至樣品上；

5)利用磁控濺射在步驟4)制備的樣品上制作銀、二氧化硅共濺射膜；

6)用四氫呋喃對步驟5)制備的樣品進行化學處理；

將樣品放入培養皿內加入四氫呋喃，浸泡3個小時，聚苯乙烯小球被腐蝕掉，留下銀，二氧化硅共濺射形成的納米圓錐型結構；

7)用質量比20％氫氟酸做表面化學處理，腐蝕30s，將共濺射中二氧化硅部分腐蝕掉，形成納米蜂窩狀圓錐形結構。

作為優選，所述的處理具有親水性硅片，具體為：

1a)清洗硅片：用去離子水和無水乙醇分別浸泡干凈硅片，再用超聲儀超聲15min，洗去硅片表面灰層臟污和油漬；將硅片取出來，放置在吸水紙上將殘余水分吸干；