CN101774535B - 一种二维正方点阵排列的准正方形纳米颗粒阵列结构的制备方法 - Google Patents

一种二维正方点阵排列的准正方形纳米颗粒阵列结构的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种二维正方点阵排列的准正方形纳米颗粒阵列结构的制备方法，涉及一种纳米颗粒材料。先制备单一粒径的单层纳米球亚稳态正方排列结构模板，再沉积金属，最后除去聚苯乙烯纳米球模板。在单一粒径聚苯乙烯纳米球的单层正方排列亚稳态结构的基础上，利用单一粒径的聚苯乙烯纳米球，通过控制制备过程工艺参数，制备出单层的聚苯乙烯纳米球亚稳态正方排列结构模板，使用物理气相沉积的方法沉积金属银膜，在乙醇等有机溶剂中超声除去模板，仅一步除球即得到二维正方点阵排列的准正方形纳米颗粒阵列结构，操作步骤简便、所需的设备简单、材料易得、成本低廉、结构易控。

Description

一种二维正方点阵排列的准正方形纳米颗粒阵列结构的制备方法
技术领域
本发明涉及一种纳米颗粒材料，尤其是涉及一种二维正方点阵排列的准正方形纳米颗粒阵列结构的制备方法。
背景技术
二维点阵排列的纳米颗粒阵列结构，在生物传感、医学、光电、催化、检测以及磁学等领域具有潜在应用前景(参考文献：1.Amanda J H，Lei Chang at el，J.Phys.Chem.B，2005，127：2264-2271；2.Narayanan R，EI-Sayed M A，J.Phys.Chem.B，2005，109：12663-12676)。因此，如何能通过成本低、操作简便的方法制备二维点阵排列的纳米颗粒阵列结构，并保证工艺和结构的可控性和重复性，成为实现上述潜在应用的关键。虽然已有文献报道通过纳米球光刻技术，以小球分布于大球之间的二维排列结构为基础，通过多步法(包括两步除球过程：先用HF酸除去小球保留大球，再沉积金属银膜，然后在有机溶剂中超声除去大球)，也能得到一种二维正方点阵排列的准正方形银纳米颗粒阵列结构(参考文献：1.Shaoli Zhu，Fei Li atel，Sensors and Actuators B，2008，134：193-198)，但是这种制备需要两步除球过程，工艺步骤多，涉及的设备材料复杂，具有成本高、效率低，并且所制备的结构难以控制或难以重复等缺点。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种设备简单、材料易得、成本较低、效率较高的二维正方点阵排列的准正方形纳米颗粒阵列结构的制备方法。
本发明包括以下步骤：
1)一个制备单一粒径的单层纳米球亚稳态正方排列结构模板的步骤；
2)一个沉积金属的步骤；
3)一个除去聚苯乙烯纳米球模板的步骤。
在步骤1)中，所述制备单一粒径的单层纳米球亚稳态正方排列结构模板可将硅片清洗，再将聚苯乙烯纳米球溶胶在清洗后的硅片上进行自组装，干燥，得单层的聚苯乙烯纳米球亚稳态正方排列结构；所述将硅片清洗可将硅片先后依次用H2O2/H2SO4、乙醇和丙酮试剂清洗，所述H2O2/H2SO4，按体积比最好为1∶3，所述H2O2的质量百分比浓度最好为30％；所述聚苯乙烯纳米球溶胶最好是离心、分散后的聚苯乙烯纳米球溶胶，所述自组装可通过滴涂法在清洗后的硅片上进行自组装，所述干燥最好在恒温条件下干燥，所述恒温的温度最好为60～90℃。
在步骤2)中，所述沉积金属可在单一粒径的单层纳米球亚稳态正方排列结构模板上沉积金属银膜，所述沉积金属银膜可采用物理气相沉积方法，最好真空压强＜1×10-4Pa。
在步骤3)中，所述除去聚苯乙烯纳米球模板可通过在乙醇等有机溶剂中超声除去聚苯乙烯球，所述超声的功率可为150W，超声的频率可为42kHz，超声的时间可为2～7min。
可利用扫描电子显微镜等测试手段对制备的二维正方点阵排列的准正方形纳米颗粒阵列结构进行表征。
本发明应用纳米球光刻技术，在单一粒径聚苯乙烯纳米球的单层正方排列亚稳态结构的基础上，利用单一粒径的聚苯乙烯纳米球，通过控制制备过程工艺参数，制备出单层的聚苯乙烯纳米球亚稳态正方排列结构模板，使用物理气相沉积的方法沉积金属银膜，在乙醇等有机溶剂中超声除去模板，仅一步除球即得到二维正方点阵排列的准正方形纳米颗粒阵列结构，操作步骤简便、所需的设备简单、材料易得、成本低廉、结构易控。
附图说明
图1为聚苯乙烯纳米球亚稳态呈正方点阵排列结构示意图。
图2为实施例1的二维正方点阵排列的准正方形银纳米颗粒的扫描电镜图。在图2中，标尺为1μm。
图3为实施例1的二维正方点阵排列的准正方形银纳米颗粒的原子力显微镜图。在图3中，a横坐标和纵坐标的单位为μm；b横坐标和纵坐标的单位为nm；
图4为实施例2的二维正方点阵排列的准正方形银纳米颗粒的扫描电镜图。在图4中，标尺为1μm。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图对本发明作进一步说明。
实施例1
1)单一粒径的单层纳米球亚稳态正方排列结构模板：硅片先后依次通过体积比1∶3H2O2(质量百分比浓度为30％)/H2SO4、乙醇、丙酮等试剂清洗。将离心、分散好的聚苯乙烯纳米球溶胶通过滴涂法在清洗后的硅片上进行自组装，于80℃下进行干燥，得到单层的聚苯乙烯纳米球亚稳态正方排列结构，如图1所示。
2)沉积金属：使用物理气相沉积的方法(真空压强＜1×10-4Pa)来沉积金属银膜(厚度约200nm)。
3)除去聚苯乙烯纳米球模板：通过在乙醇等有机溶剂中超声(功率＝150W，频率＝42kHz)3min除去聚苯乙烯球。
所得二维正方点阵排列的准正方形纳米颗粒阵列结构可用扫描电子显微镜、原子力显微镜进行表征，其结果如图2和3所示，颗粒高度约40nm。
实施例2
1)单一粒径的单层纳米球亚稳态正方排列结构模板：硅片先后依次通过体积比1∶3H2O2(质量百分比浓度为30％)/H2SO4、乙醇、丙酮等试剂清洗。将离心、分散好的聚苯乙烯纳米球溶胶通过滴涂法在清洗后的硅片上进行自组装，于60℃下进行干燥，得到单层的聚苯乙烯纳米球亚稳态正方排列结构，如图1所示。
2)沉积金属：使用物理气相沉积的方法(真空压强＜1×10-4Pa)来沉积金属银膜(厚度约200nm)。
3)除去聚苯乙烯纳米球模板：通过在乙醇等有机溶剂中超声(功率＝150W，频率＝42kHz)5min除去聚苯乙烯球。
所得二维正方点阵排列的准正方形纳米颗粒阵列结构可用扫描电子显微镜进行表征，其结果如图4所示。

Claims (7)

1.一种二维正方点阵排列的准正方形纳米颗粒阵列结构的制备方法，其特征在于包括以下步骤：
1)一个制备单一粒径的单层纳米球亚稳态正方排列结构模板的步骤；所述制备单一粒径的单层纳米球亚稳态正方排列结构模板是将硅片清洗，再将聚苯乙烯纳米球溶胶在清洗后的硅片上进行自组装，干燥，得单层的聚苯乙烯纳米球亚稳态正方排列结构；所述聚苯乙烯纳米球溶胶是离心、分散后的聚苯乙烯纳米球溶胶，所述自组装可通过滴涂法在清洗后的硅片上进行自组装；所述干燥是在恒温条件下干燥，所述恒温的温度为60～80℃；
2)一个沉积金属银的步骤；
3)一个除去聚苯乙烯纳米球模板的步骤。
2.如权利要求1所述的一种二维正方点阵排列的准正方形纳米颗粒阵列结构的制备方法，其特征在于在步骤1)中，所述将硅片清洗是将硅片先后依次用H2O2/H2SO4、乙醇和丙酮试剂清洗。
3.如权利要求2所述的一种二维正方点阵排列的准正方形纳米颗粒阵列结构的制备方法，其特征在于所述H2O2/H2SO4，按体积比为1∶3，所述H2O2的质量百分比浓度为30％。
4.如权利要求1所述的一种二维正方点阵排列的准正方形纳米颗粒阵列结构的制备方法，其特征在于在步骤2)中，所述沉积金属银是在单一粒径的单层纳米球亚稳态正方排列结构模板上沉积金属银膜。
5.如权利要求4所述的一种二维正方点阵排列的准正方形纳米颗粒阵列结构的制备方法，其特征在于所述沉积金属银膜采用物理气相沉积方法，真空压强＜1×10-4Pa。
6.如权利要求1所述的一种二维正方点阵排列的准正方形纳米颗粒阵列结构的制备方法，其特征在于在步骤3)中，所述除去聚苯乙烯纳米球模板是通过在乙醇中超声除去聚苯乙烯球。
7.如权利要求6所述的一种二维正方点阵排列的准正方形纳米颗粒阵列结构的制备方法，其特征在于所述超声的功率为150W，超声的频率为42kHz，超声的时间为2～7min。
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