CN106086793B - 一种二维手性金属-介质纳米结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及金属纳米材料技术领域，具体公开了一种二维手性金属‑介质纳米结构及其制备方法。所述结构是在以聚苯乙烯小球为基底的模板上蒸镀金属材料，然后顺时针旋转90°，再次蒸镀金属材料，金属材料蒸镀完成后再蒸镀绝缘材料，形成L形的二维手性金属‑介质纳米结构。本发明制备的二维手性金属‑介质纳米结构，比无绝缘材料介质层时具有更大的圆二色；且制备方法简单，成本低，采用光的正入射法测量，测量信号更加准确；同时本发明的二维手性金属‑介质纳米结构，可作为高灵敏生物传感器件；作为拉曼衬底，可增强拉曼散射信号。

Description

一种二维手性金属-介质纳米结构及其制备方法
技术领域
本发明涉及金属纳米材料技术领域，具体涉及一种二维手性金属-介质纳米结构及其制备方法。
背景技术
手性指的是结构不能与其镜像结构重合的性质，圆二色性是检测手性结构的一种方法，圆二色性指的是手性结构对左旋圆偏振光和右旋圆偏振光吸收不同的性质。手性结构普遍存在于大自然中，手性在生物化学和生命进化中起着关键的作用。一般手性分子的圆二色性在紫外光波段并且非常微弱，这使得在手性分析时要求手性分子溶液具有很高的浓度，不利于生物医学和药物学的实际信号检测。而人工手性金属纳米结构在与左旋和右旋圆偏振光的相互作用下，产生的表面等离激元共振模式不同，因而具有更强的圆二色性。
根据已公开的文献报道，实现圆二色性效应的办法主要由三维金属手性结构的正入射、二维金属手性结构的正入射及二维非手性结构的斜入射实现（Yizhuo He，GeorgeK.Larsen.Tunable Three-Dimensional Helically Stacked Plasmonic Layers onNanosphere Monolayers. Nano Lett. 2014, 14, 1976−1981) ( Kuwata-Gonokami,Makoto; Saito, Nobuyoshi; Ino, Yusuke. Giant optical activity in quasi-two-dimensional planar nanostructures. PRL. 2005,95) (Wuxing Lu,Jian Wu，QiannanZhu.Circular dichroism from single plasmonic nanostructures with extrinsicchirality.Nanoscale,2014,6,14244)。但三维手性结构制备复杂，昂贵耗时；二维平面手性金属结构的圆二色性比较弱；二维非手性结构在斜入射情况下谱线会展宽，使得测量不够精确；此三种方式均不利于在实际中广泛应用。而在二维平面手性金属结构的部分金属中加入介质层，通过光的正入射的方式实现增强圆二色性的方式在国内外尚未见报道。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供了一种二维手性金属-介质纳米结构及其制备方法。
本发明通过以下技术方案实现：
一种二维手性金属-介质纳米结构，所述结构是在以聚苯乙烯小球为基底的模板上蒸镀金属材料，然后顺时针旋转90°，再次蒸镀金属材料，金属材料蒸镀完成后再蒸镀绝缘材料，形成L形的二维手性金属-介质纳米结构。
进一步地，所述金属材料为银，所述绝缘材料为二氧化硅。
进一步地，所述金属材料为金，所述绝缘材料为光刻胶。
进一步地，所述结构通过光的正入射法测量得到圆二色性。
一种上述的二维手性金属-介质纳米结构的制备方法，所述制备方法步骤如下：
步骤1，准备玻璃片a和两片玻璃片b，并清洗干净；
步骤2，将经步骤1清洗过的两片玻璃片b叠起来放入事先准备好的
干净的培养皿，在培养皿中注入去离子水，去离子水液面低于上面的玻璃片b的上表面；
步骤3，将聚苯乙烯小球悬浮液与酒精混合，装入样品管超声3～7
分钟，得到聚苯乙烯小球与酒精混合溶液；
步骤4，将步骤3中得到的聚苯乙烯小球与酒精混合溶液注入到步骤
2中玻璃片b的上表面，聚苯乙烯小球溶液会在去离子水溶液表面扩散，形成单层的聚苯乙烯小球膜；
步骤5，在步骤4的去离子水溶液中缓慢注入去离子水，提升溶液液面；
步骤6，用Tx100溶液聚合步骤4中形成的去离子水液面的单层聚苯
乙烯小球膜；
步骤7，在经过步骤6处理的没有单层聚苯乙烯小球膜的区域放入玻
璃片a，把玻璃片的位置调整到单层聚苯乙烯小球膜的下方，然后用镊子提起玻璃片a，将保留单层聚苯乙烯小球膜的玻璃片a放入40℃的烤箱中烤干，得到单层聚苯乙烯小球模板；
步骤8，将步骤7中得到的单层聚苯乙烯小球模板，用双面胶粘在基
底上，放入真空镀膜机，抽真空；
步骤9，将步骤8中得到的单层聚苯乙烯小球模板基底倾斜4°，蒸
镀金属材料，金属材料蒸镀完成后，按顺时针或逆时针方向旋转基底90°，再次蒸镀金属材料，金属材料蒸镀完成后，再蒸镀绝缘材料；
步骤10，冷却仪器，充氮气，取出样品，即制备得到二维手性金属-
介质纳米结构。
进一步地，所述玻璃片a至少为五片，玻璃片a的尺寸为1cm*2cm，
玻璃片b的尺寸为 1cm*1cm。
进一步地，所述步骤1的清洗过程是：将所述玻璃片a和绝缘用洗涤
剂刷洗干净，放入丙酮超声15分钟，然后用去离子水冲洗干净丙酮，再用酒精超声15分钟，然后用去离子水冲洗干净酒精，放入去离子水中保存备用。
进一步地，所述步骤3中聚苯乙烯小球的直径为380nm，聚苯乙烯小
球悬浮液与酒精的体积比为3:1。
进一步地，所述步骤9中蒸镀金属材料的厚度为100nm，蒸镀绝缘材
料的厚度为50nm。
本发明的有益效果是：
1.本发明制备的二维手性金属-介质纳米结构，利用在结构的部分金属中加入绝缘材料介质层，使结构在左旋光和右旋光的正入射下产生不同光学相位差，从而实现增强圆二色性，比无绝缘材料介质层时具有更大的圆二色。
2.本发明结构制备方法简单，成本低，且是正入射，测量信号更加准确。
3.本发明的二维手性金属-介质纳米结构，可作为高灵敏生物传感器件；将样品作为拉曼衬底，可增强拉曼散射信号。
附图说明
图1为本发明的二维手性金属-介质纳米结构的SEM照片；
图2为本发明实施例1、实施例2和对比例的二维手性金属-介质纳米结构的圆二色光谱图。
其中，1为实施例1制备的右旋结构的二维手性金属-介质纳米结构的圆二色光谱图；2为实施例2制备的左旋结构的二维手性金属-介质纳米结构的圆二色光谱图；3为对比例制备的二维手性金属-介质纳米结构的圆二色光谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来详述本发明，但不限于此。
实施例1
一种二维手性金属-介质纳米结构，所述结构是在以聚苯乙烯小球为基底的模板上蒸镀金属材料，然后顺时针旋转90°，再次蒸镀金属材料，金属材料蒸镀完成后再蒸镀绝缘材料，形成L形的二维手性金属-介质纳米结构。
本实施例中，所述金属材料为银，所述绝缘材料为二氧化硅。
本发明的二维手性金属-介质纳米结构通过以下方法制备：
步骤1，准备至少五片1cm*2cm玻璃片a和两片1cm*1cm玻璃片b，并清洗干净，具体清洗过程是：将所述玻璃片a和绝缘用洗涤剂刷洗干净，放入丙酮超声15分钟，然后用去离子水冲洗干净丙酮，再用酒精超声15分钟，然后用去离子水冲洗干净酒精，放入去离子水中保存备用；
步骤2，将经步骤1清洗过的两片玻璃片b叠起来放入事先准备好的干净的培养皿，在培养皿中注入去离子水，去离子水液面低于上面的玻璃片b的上表面；
步骤3，将直径为380nm的聚苯乙烯小球悬浮液与酒精以体积比3:1混合，装入样品管超声3～7分钟，得到聚苯乙烯小球与酒精混合溶液；
步骤4，将步骤3中得到的聚苯乙烯小球与酒精混合溶液注入到步骤2中玻璃片b的上表面，聚苯乙烯小球溶液会在去离子水溶液表面扩散，形成单层的聚苯乙烯小球膜；
步骤5，在步骤4的去离子水溶液中缓慢注入去离子水，提升溶液液面；
步骤6，用Tx100溶液聚合步骤4中形成的去离子水液面的单层聚苯
乙烯小球膜；
步骤7，在经过步骤6处理的没有单层聚苯乙烯小球膜的区域放入玻璃片a，把玻璃片的位置调整到单层聚苯乙烯小球膜的下方，然后用镊子提起玻璃片a，将保留单层聚苯乙烯小球膜的玻璃片a放入40℃的烤箱中烤干，得到单层聚苯乙烯小球模板；
步骤8，将步骤7中得到的单层聚苯乙烯小球模板，用双面胶粘在基
底上，放入真空镀膜机，抽真空；
步骤9，将步骤8中得到的单层聚苯乙烯小球模板基底倾斜4°，蒸
镀金属材料100nm，金属材料蒸镀完成后，按顺时针旋转基底90°，再次蒸镀金属材料100nm，金属材料蒸镀完成后，再蒸镀绝缘材料50nm；
步骤10，冷却仪器，充氮气，取出样品，得到右旋结构的二维手性金属-介质纳米结构。
二维手性金属-介质纳米结构的SEM照片如图1所示，从图中可以看出二维手性金属-介质纳米结构为L形。
用光的正入射测量其制备结构的圆二色性，如图2中曲线1所示。
实施例2：
本实施例的二维手性金属-介质纳米结构的金属材料和绝缘材料与实施例1相同，区别仅在于二维手性金属-介质纳米结构的制备方法的步骤9中将顺时针旋转基底90°改为逆时针旋转基底90°，具体过程为：将步骤8中得到的单层聚苯乙烯小球模板基底倾斜4°，蒸镀金属材料100nm，金属材料蒸镀完成后，按逆时针旋转基底90°，再次蒸镀金属材料100nm，金属材料蒸镀完成后，再蒸镀绝缘材料50nm；得到左旋结构的二维手性金属-介质纳米结构。
用光的正入射测量其制备结构的圆二色性，如图2中曲线3所示。
实施例3：
本实施例的二维手性金属-介质纳米结构的制备方法与实施例1相同，区别仅在于蒸镀金属材料为金，绝缘材料为光刻胶。得到右旋结构的二维手性金属-介质纳米结构。
实施例4：
本实施例的二维手性金属-介质纳米结构的制备方法与实施例3相同，区别仅在于二维手性金属-介质纳米结构的制备方法的步骤9中将顺时针旋转基底90°改为逆时针旋转基底90°，具体过程为：将步骤8中得到的单层聚苯乙烯小球模板基底倾斜4°，蒸镀金100nm，金蒸镀完成后，按逆时针旋转基底90°，再次蒸镀金100nm，金蒸镀完成后，再蒸镀光刻胶50nm；得到左旋结构的二维手性金属-介质纳米结构。
对比例：
对比例中制备方法与本发明制备方法步骤1至8相同，区别在于步骤9蒸镀膜无介质层，具体过程为：将步骤8中得到的单层聚苯乙烯小球模板基底倾斜4°，蒸镀金属材料100nm，金属材料蒸镀完成后，按顺时针旋转基底90°，再次蒸镀金属材料100nm。
用光的正入射测量其制备结构的圆二色性，如图2中曲线2所示。
由图2中实施例1、实施例2和对比例的圆二色光谱可以看出，采用本发明技术方案得到的顺时针镀膜手性金属-介质纳米结构和逆时针顺序镀膜手性金属-介质纳米结构具有较强的圆二色性，而对比例中没有蒸镀介质层得到的手性结构圆二色性较小，在圆二色峰值处其强度可增强接近两倍。该手性金属-介质结构在左旋光和右旋光的正入射下可产生两个不同的电偶极子，而在结构的部分金属中加入介质，可使结构的不同电偶极子产生较大的光学相位差，从而实现增强圆二色性。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，所做出的若干简单推演或替换，都应当视为属于发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种二维手性金属-介质纳米结构，其特征在于：所述结构是在以聚苯乙烯小球为基底的模板上蒸镀金属材料，然后顺时针旋转90°，再次蒸镀金属材料，金属材料蒸镀完成后再蒸镀绝缘材料，形成L形的二维手性金属-介质纳米结构；所述金属材料为金或银，所述绝缘材料为二氧化硅或光刻胶。
2.根据权利要求1所述的二维手性金属-介质纳米结构，其特征在于：所述结构通过光的正入射法测量得到圆二色性。
3.一种权利要求1所述的二维手性金属-介质纳米结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法步骤如下：
步骤1，准备玻璃片a和两片玻璃片b，并清洗干净；
步骤2，将经步骤1清洗过的两片玻璃片b叠起来放入事先准备好的干净的培养皿，在培养皿中注入去离子水，去离子水液面低于上面的玻璃片b的上表面；
步骤3，将聚苯乙烯小球悬浮液与酒精混合，装入样品管超声3～7分钟，得到聚苯乙烯小球与酒精混合溶液；
步骤4，将步骤3中得到的聚苯乙烯小球与酒精混合溶液注入到步骤2中玻璃片b的上表面，聚苯乙烯小球溶液会在去离子水溶液表面扩散，形成单层的聚苯乙烯小球膜；
步骤5，在步骤4的去离子水溶液中缓慢注入去离子水，提升溶液液面；
步骤6，用Tx100溶液聚合步骤4中形成的去离子水液面的单层聚苯乙烯小球膜；
步骤7，在经过步骤6处理的没有单层聚苯乙烯小球膜的区域放入玻璃片a，把玻璃片的位置调整到单层聚苯乙烯小球膜的下方，然后用镊子提起玻璃片a，将保留单层聚苯乙烯小球膜的玻璃片a放入40℃的烤箱中烤干，得到单层聚苯乙烯小球模板；
步骤8，将步骤7中得到的单层聚苯乙烯小球模板，用双面胶粘在基底上，放入真空镀膜机，抽真空；
步骤9，将步骤8中得到的单层聚苯乙烯小球模板基底倾斜4°，蒸镀金属材料，金属材料蒸镀完成后，按顺时针或逆时针方向旋转基底90°，再次蒸镀金属材料，金属材料蒸镀完成后，再蒸镀绝缘材料；
步骤10，冷却仪器，充氮气，取出样品，即制备得到二维手性金属-介质纳米结构。
4.根据权利要求3所述的二维手性金属-介质纳米结构的制备方法，其特征在于：所述玻璃片a至少为五片，玻璃片a的尺寸为1cm*2cm，玻璃片b的尺寸为 1cm*1cm。
5.根据权利要求3所述的二维手性金属-介质纳米结构的制备方法，其特征在于：所述步骤1的清洗过程是：将所述玻璃片a和绝缘用洗涤剂刷洗干净，放入丙酮超声15分钟，然后用去离子水冲洗干净丙酮，再用酒精超声15分钟，然后用去离子水冲洗干净酒精，放入去离子水中保存备用。
6.根据权利要求3所述的二维手性金属-介质纳米结构的制备方法，其特征在于：所述步骤3中聚苯乙烯小球的直径为380nm，聚苯乙烯小球悬浮液与酒精的体积比为3:1。
7.根据权利要求3所述的二维手性金属-介质纳米结构的制备方法，其特征在于：所述步骤9中蒸镀金属材料的厚度为100nm，蒸镀绝缘材料的厚度为50nm。
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Tunable Three-Dimensional Helically Stacked Plasmonic Layers on Nanosphere Monolayers;Yizhuo He;《Nano Lett》;20140319;第2卷(第14期);第1976-1981页 *
金属手性纳米结构的制备及其圆二色性研究;邓俊臣;《中国优秀硕士学位论文全文数据库工程科技Ⅰ辑》;20160215(第2期);第B020-375页 *

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