一種二維手性金屬?介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及金屬納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體公開了一種二維手性金屬?介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)及其制備方法。所述結(jié)構(gòu)是在以聚苯乙烯小球?yàn)榛椎哪０迳险翦兘饘俨牧希缓箜槙r(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，再次蒸鍍金屬材料，金屬材料蒸鍍完成后再蒸鍍絕緣材料，形成L型的二維手性金屬?介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)。本發(fā)明制備的二維手性金屬?介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)，比無絕緣材料介質(zhì)層時(shí)具有更大的圓二色；且制備方法簡單，成本低，采用光的正入射法測量，測量信號(hào)更加準(zhǔn)確；同時(shí)本發(fā)明的二維手性金屬?介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)，可作為高靈敏生物傳感器件；作為拉曼襯底，可增強(qiáng)拉曼散射信號(hào)。
【專利說明】
一種二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及金屬納米材料技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]手性指的是結(jié)構(gòu)不能與其鏡像結(jié)構(gòu)重合的性質(zhì)，圓二色性是檢測手性結(jié)構(gòu)的一種方法，圓二色性指的是手性結(jié)構(gòu)對左旋圓偏振光和右旋圓偏振光吸收不同的性質(zhì)。手性結(jié)構(gòu)普遍存在于大自然中，手性在生物化學(xué)和生命進(jìn)化中起著關(guān)鍵的作用。一般手性分子的圓二色性在紫外光波段并且非常微弱，這使得在手性分析時(shí)要求手性分子溶液具有很高的濃度，不利于生物醫(yī)學(xué)和藥物學(xué)的實(shí)際信號(hào)檢測。而人工手性金屬納米結(jié)構(gòu)在與左旋和右旋圓偏振光的相互作用下，產(chǎn)生的表面等離激元共振模式不同，因而具有更強(qiáng)的圓二色性。
[0003]根據(jù)已公開的文獻(xiàn)報(bào)道，實(shí)現(xiàn)圓二色性效應(yīng)的辦法主要由三維金屬手性結(jié)構(gòu)的正入射、二維金屬手性結(jié)構(gòu)的正入射及二維非手性結(jié)構(gòu)的斜入射實(shí)現(xiàn)(Yizhuo He,GeorgeK.Larsen.Tunable Three-Dimens1nal Helically Stacked Plasmonic Layers onNanosphere Monolayers.Nano Lett.2014, 14，1976-1981) ( Kuwata-Gonokami,Makoto; Saito, Nobuyoshi; Ino, Yusuke.Giant optical activity in quas1-two-dimens1nal planar nanostructures.PRL.2005,95) (ffuxing Lu,Jian ffu,QiannanZhu.Circular dichroism from single plasmonic nanostructures with extrinsicchirality.Nanoscale, 2014,6,14244)。但三維手性結(jié)構(gòu)制備復(fù)雜，昂貴耗時(shí)；二維平面手性金屬結(jié)構(gòu)的圓二色性比較弱；二維非手性結(jié)構(gòu)在斜入射情況下譜線會(huì)展寬，使得測量不夠精確;此三種方式均不利于在實(shí)際中廣泛應(yīng)用。而在二維平面手性金屬結(jié)構(gòu)的部分金屬中加入介質(zhì)層，通過光的正入射的方式實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)圓二色性的方式在國內(nèi)外尚未見報(bào)道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明提供了一種二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)及其制備方法。
[0005]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
一種二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)是在以聚苯乙烯小球?yàn)榛椎哪０迳险翦兘饘俨牧?，然后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，再次蒸鍍金屬材料，金屬材料蒸鍍完成后再蒸鍍絕緣材料，形成L型的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)。
[0006]進(jìn)一步地，所述金屬材料為銀，所述絕緣材料為二氧化娃。
[0007]進(jìn)一步地，所述金屬材料為金，所述絕緣材料為光刻膠。
[0008]進(jìn)一步地，所述結(jié)構(gòu)通過光的正入射法測量得到圓二色性。
[0009]—種上述的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的制備方法，所述制備方法步驟如下: 步驟I，準(zhǔn)備玻璃片a和兩片玻璃片b，并清洗干凈；
步驟2，將經(jīng)步驟I清洗過的兩片玻璃片b疊起來放入事先準(zhǔn)備好的干凈的培養(yǎng)皿，在培養(yǎng)皿中注入去離子水，去離子水液面低于上面的玻璃片b的上表面；
步驟3，將聚苯乙烯小球懸浮液與酒精混合，裝入樣品管超聲3?7分鐘，得到聚苯乙烯小球與酒精混合溶液；
步驟4，將步驟3中得到的聚苯乙烯小球與酒精混合溶液注入到步驟2中玻璃片b的上表面，聚苯乙烯小球溶液會(huì)在去離子水溶液表面擴(kuò)散，形成單層的聚苯乙烯小球膜；
步驟5，在步驟4的去離子水溶液中緩慢注入去離子水，提升溶液液面；
步驟6，用TxlOO溶液聚合步驟4中形成的去離子水液面的單層聚苯乙烯小球膜；
步驟7，在經(jīng)過步驟6處理的沒有單層聚苯乙烯小球膜的區(qū)域放入玻璃片a，把玻璃片的位置調(diào)整到單層聚苯乙烯小球膜的下方，然后用鑷子提起玻璃片a，將保留單層聚苯乙烯小球膜的玻璃片a放入40°C的烤箱中烤干，得到單層聚苯乙烯小球模板；
步驟8，將步驟7中得到的單層聚苯乙烯小球模板，用雙面膠粘在基底上，放入真空鍍膜機(jī)，抽真空；
步驟9，將步驟8中得到的單層聚苯乙稀小球模板基底傾斜4°，蒸鍍金屬材料，金屬材料蒸鍍完成后，按順時(shí)針或逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)基底90°，再次蒸鍍金屬材料，金屬材料蒸鍍完成后，再蒸鍍絕緣材料；
步驟10，冷卻儀器，充氮?dú)?，取出樣品，即制備得到二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)。
[00?0]進(jìn)一步地，所述玻璃片a至少為五片，玻璃片a的尺寸為lcm*2cm，玻璃片b的尺寸為
Icm氺Icm0
[0011 ]進(jìn)一步地，所述步驟I的清洗過程是:將所述玻璃片a和絕緣用洗滌劑刷洗干凈，放入丙酮超聲15分鐘，然后用去離子水沖洗干凈丙酮，再用酒精超聲15分鐘，然后用去離子水沖洗干凈酒精，放入去離子水中保存?zhèn)溆谩?br>[0012]進(jìn)一步地，所述步驟3中聚苯乙稀小球的直徑為380nm，聚苯乙稀小球懸浮液與酒精的體積比為3:1。
[0013]進(jìn)一步地，所述步驟9中蒸鍍金屬材料的厚度為10nm，蒸鍍絕緣材料的厚度為50nmo
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
1.本發(fā)明制備的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)，利用在結(jié)構(gòu)的部分金屬中加入絕緣材料介質(zhì)層，使結(jié)構(gòu)在左旋光和右旋光的正入射下產(chǎn)生不同光學(xué)相位差，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)圓二色性，比無絕緣材料介質(zhì)層時(shí)具有更大的圓二色。
[0015]2.本發(fā)明結(jié)構(gòu)制備方法簡單，成本低，且是正入射，測量信號(hào)更加準(zhǔn)確。
[0016]3.本發(fā)明的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)，可作為高靈敏生物傳感器件;將樣品作為拉曼襯底，可增強(qiáng)拉曼散射信號(hào)。
【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的SEM照片；
圖2為本發(fā)明實(shí)施例1、實(shí)施例2和對比例的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的圓二色光譜圖。
[0018]其中，I為實(shí)施例1制備的右旋結(jié)構(gòu)的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的圓二色光譜圖；2為實(shí)施例2制備的左旋結(jié)構(gòu)的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的圓二色光譜圖；3為對比例制備的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的圓二色光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合具體實(shí)施例來詳述本發(fā)明，但不限于此。
[0020]實(shí)施例1
一種二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)，所述結(jié)構(gòu)是在以聚苯乙烯小球?yàn)榛椎哪０迳险翦兘饘俨牧?，然后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，再次蒸鍍金屬材料，金屬材料蒸鍍完成后再蒸鍍絕緣材料，形成L型的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)。
[0021]本實(shí)施例中，所述金屬材料為銀，所述絕緣材料為二氧化娃。
[0022]本發(fā)明的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)通過以下方法制備:
步驟I，準(zhǔn)備至少五片lcm*2cm玻璃片a和兩片lcm*lcm玻璃片b，并清洗干凈，具體清洗過程是:將所述玻璃片a和絕緣用洗滌劑刷洗干凈，放入丙酮超聲15分鐘，然后用去離子水沖洗干凈丙酮，再用酒精超聲15分鐘，然后用去離子水沖洗干凈酒精，放入去離子水中保存?zhèn)溆?
步驟2，將經(jīng)步驟I清洗過的兩片玻璃片b疊起來放入事先準(zhǔn)備好的干凈的培養(yǎng)皿，在培養(yǎng)皿中注入去離子水，去離子水液面低于上面的玻璃片b的上表面；
步驟3，將直徑為380nm的聚苯乙烯小球懸浮液與酒精以體積比3:1混合，裝入樣品管超聲3?7分鐘，得到聚苯乙烯小球與酒精混合溶液；
步驟4，將步驟3中得到的聚苯乙烯小球與酒精混合溶液注入到步驟2中玻璃片b的上表面，聚苯乙烯小球溶液會(huì)在去離子水溶液表面擴(kuò)散，形成單層的聚苯乙烯小球膜；
步驟5，在步驟4的去離子水溶液中緩慢注入去離子水，提升溶液液面；
步驟6，用TxlOO溶液聚合步驟4中形成的去離子水液面的單層聚苯乙烯小球膜；
步驟7，在經(jīng)過步驟6處理的沒有單層聚苯乙烯小球膜的區(qū)域放入玻璃片a，把玻璃片的位置調(diào)整到單層聚苯乙烯小球膜的下方，然后用鑷子提起玻璃片a，將保留單層聚苯乙烯小球膜的玻璃片a放入40°C的烤箱中烤干，得到單層聚苯乙烯小球模板；
步驟8，將步驟7中得到的單層聚苯乙烯小球模板，用雙面膠粘在基底上，放入真空鍍膜機(jī)，抽真空；
步驟9，將步驟8中得到的單層聚苯乙稀小球模板基底傾斜4°，蒸鍍金屬材料10nm，金屬材料蒸鍍完成后，按順時(shí)針旋轉(zhuǎn)基底90°，再次蒸鍍金屬材料10nm，金屬材料蒸鍍完成后，再蒸鍍絕緣材料50nm ；
步驟10，冷卻儀器，充氮?dú)?，取出樣品，得到右旋結(jié)構(gòu)的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)。
[0023]二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的SEM照片如圖1所示，從圖中可以看出二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)為L型。
[0024]用光的正入射測量其制備結(jié)構(gòu)的圓二色性，如圖2中曲線I所示。
[0025]實(shí)施例2:
本實(shí)施例的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的金屬材料和絕緣材料與實(shí)施例1相同，區(qū)別僅在于二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的制備方法的步驟9中將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)基底90°改為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)基底90°，具體過程為:將步驟8中得到的單層聚苯乙烯小球模板基底傾斜4°，蒸鍍金屬材料10nm，金屬材料蒸鍍完成后，按逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)基底90°，再次蒸鍍金屬材料10nm，金屬材料蒸鍍完成后，再蒸鍍絕緣材料50nm;得到左旋結(jié)構(gòu)的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)。
[0026]用光的正入射測量其制備結(jié)構(gòu)的圓二色性，如圖2中曲線3所示。
[0027]實(shí)施例3:
本實(shí)施例的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的制備方法與實(shí)施例1相同，區(qū)別僅在于蒸鍍金屬材料為金，絕緣材料為光刻膠。得到右旋結(jié)構(gòu)的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)。
[0028]實(shí)施例4:
本實(shí)施例的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的制備方法與實(shí)施例3相同，區(qū)別僅在于二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的制備方法的步驟9中將順時(shí)針旋轉(zhuǎn)基底90°改為逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)基底90°，具體過程為:將步驟8中得到的單層聚苯乙烯小球模板基底傾斜4°，蒸鍍金lOOnm，金蒸鍍完成后，按逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)基底90°，再次蒸鍍金10nm，金蒸鍍完成后，再蒸鍍光刻膠50nm;得到左旋結(jié)構(gòu)的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)。
[0029]對比例:
對比例中制備方法與本發(fā)明制備方法步驟I至8相同，區(qū)別在于步驟9蒸鍍膜無介質(zhì)層，具體過程為:將步驟8中得到的單層聚苯乙烯小球模板基底傾斜4°，蒸鍍金屬材料lOOnm，金屬材料蒸鍍完成后，按順時(shí)針旋轉(zhuǎn)基底90°，再次蒸鍍金屬材料lOOnm。
[0030]用光的正入射測量其制備結(jié)構(gòu)的圓二色性，如圖2中曲線2所示。
[0031]由圖2中實(shí)施例1、實(shí)施例2和對比例的圓二色光譜可以看出，采用本發(fā)明技術(shù)方案得到的順時(shí)針鍍膜手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)和逆時(shí)針順序鍍膜手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)具有較強(qiáng)的圓二色性，而對比例中沒有蒸鍍介質(zhì)層得到的手性結(jié)構(gòu)圓二色性較小，在圓二色峰值處其強(qiáng)度可增強(qiáng)接近兩倍。該手性金屬-介質(zhì)結(jié)構(gòu)在左旋光和右旋光的正入射下可產(chǎn)生兩個(gè)不同的電偶極子，而在結(jié)構(gòu)的部分金屬中加入介質(zhì)，可使結(jié)構(gòu)的不同電偶極子產(chǎn)生較大的光學(xué)相位差，從而實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)圓二色性。
[0032]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，所做出的若干簡單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述結(jié)構(gòu)是在以聚苯乙烯小球?yàn)榛椎哪０迳险翦兘饘俨牧?，然后順時(shí)針旋轉(zhuǎn)90°，再次蒸鍍金屬材料，金屬材料蒸鍍完成后再蒸鍍絕緣材料，形成L型的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬材料為銀，所述絕緣材料為二氧化硅。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述金屬材料為金，所述絕緣材料為光刻膠。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述結(jié)構(gòu)通過光的正入射法測量得到圓二色性。5.一種權(quán)利要求1-4中任一種所述的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述制備方法步驟如下: 步驟I，準(zhǔn)備玻璃片a和兩片玻璃片b，并清洗干凈； 步驟2，將經(jīng)步驟I清洗過的兩片玻璃片b疊起來放入事先準(zhǔn)備好的干凈的培養(yǎng)皿，在培養(yǎng)皿中注入去離子水，去離子水液面低于上面的玻璃片b的上表面； 步驟3，將聚苯乙烯小球懸浮液與酒精混合，裝入樣品管超聲3?7分鐘，得到聚苯乙烯小球與酒精混合溶液； 步驟4，將步驟3中得到的聚苯乙烯小球與酒精混合溶液注入到步驟2中玻璃片b的上表面，聚苯乙烯小球溶液會(huì)在去離子水溶液表面擴(kuò)散，形成單層的聚苯乙烯小球膜； 步驟5，在步驟4的去離子水溶液中緩慢注入去離子水，提升溶液液面； 步驟6，用TxlOO溶液聚合步驟4中形成的去離子水液面的單層聚苯乙烯小球膜； 步驟7，在經(jīng)過步驟6處理的沒有單層聚苯乙烯小球膜的區(qū)域放入玻璃片a，把玻璃片的位置調(diào)整到單層聚苯乙烯小球膜的下方，然后用鑷子提起玻璃片a，將保留單層聚苯乙烯小球膜的玻璃片a放入40°C的烤箱中烤干，得到單層聚苯乙烯小球模板； 步驟8，將步驟7中得到的單層聚苯乙烯小球模板，用雙面膠粘在基底上，放入真空鍍膜機(jī)，抽真空； 步驟9，將步驟8中得到的單層聚苯乙稀小球模板基底傾斜4°，蒸鍍金屬材料，金屬材料蒸鍍完成后，按順時(shí)針或逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)基底90°，再次蒸鍍金屬材料，金屬材料蒸鍍完成后，再蒸鍍絕緣材料； 步驟10，冷卻儀器，充氮?dú)?，取出樣品，即制備得到二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述玻璃片a至少為五片，玻璃片a的尺寸為lcm*2cm，玻璃片b的尺寸為lcm*lcm07.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述步驟I的清洗過程是:將所述玻璃片a和絕緣用洗滌劑刷洗干凈，放入丙酮超聲15分鐘，然后用去離子水沖洗干凈丙酮，再用酒精超聲15分鐘，然后用去離子水沖洗干凈酒精，放入去離子水中保存?zhèn)溆谩?.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述步驟3中聚苯乙稀小球的直徑為380nm，聚苯乙稀小球懸浮液與酒精的體積比為3:1。9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的二維手性金屬-介質(zhì)納米結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述步驟9中蒸鍍金屬材料的厚度為lOOnm，蒸鍍絕緣材料的厚度為50nmo
【文檔編號(hào)】C23C14/20GK106086793SQ201610507183
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月1日
【發(fā)明人】張中月, 屈瑜
【申請人】陜西師范大學(xué)