CN106495090A - 锥形光纤表面制备单层胶体球阵列结构的方法 - Google Patents

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罗春丽
刘志锋
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Abstract

本发明提供的锥形光纤表面制备单层胶体球阵列结构的方法，该方法包括以下步骤：微‑纳光纤锥的制备；将微‑纳光纤锥放入氧等离子清洗机中，使锥型微‑纳光纤锥表面产生亲水性；单层胶体阵列结构的制备；将微‑纳光纤锥浸入到单层胶体球阵列结构的液面下，单层胶体球阵列结构在水溶液蒸发过程中自然沉降，单层胶体球阵列结构被吸附在光纤锥的表面形成阵列结构。有益效果是采用该方法在锥形面上加工微‑纳阵列结构的工艺流程简单，无需大型的设备。该方法不仅可以在锥形面上实现六边形微球阵列结构的分布，可以在任意的曲面上制备微纳阵列结构。微纳阵列结构的间距可实现有效的调节。方法简单，成本低，投资少，便于推广。

Description

锥形光纤表面制备单层胶体球阵列结构的方法
技术领域
本发明属于微-纳结构光纤制备领域，具体为一种锥形光纤表面制备单层胶体球阵列结构的方法。
背景技术
微纳光纤锥是近年来用于微量化学生物分子检测的新型光学器件，可以很大的提高检测仪器的灵敏度。这种锥型光纤是通过将入射光的能量聚集在光纤锥上来实现近场能量的提高，进而对微量分子进行灵敏检测。锥形微-纳光纤已经在传感、非线性光学、光谱学，乃至生物医学等众多科技领展现出非常重要的应用。目前，金属微纳结构可以有效的调控表面等离子波的传播以及能量的分布，可以在原有光纤锥的基础上进一步提高光场的聚集程度，进而更有效的提高局域场的能量，如何在光纤锥表面制备结构化的金属微纳米结构是目前科研领域的难点，因此，在光纤锥表面制备纳米结构是非常关键的工艺。
制备纳米结构的方法多种多样，包括聚焦离子束刻蚀，电子束刻蚀，纳米压印以及光刻技术，这些方法可以通过前期设计在平整的衬底表面制备多种多样的结构，包括平面十字，领结，开口矩形，三角等等阵列结构，然而，在不规则的衬底(包括锥形表面)加工一些阵列结构非常困难(仅仅能在某一表面上加工)。自组装胶体球模板刻蚀方法为制备金属纳米结构带来新的思路，利用胶体球(纳米到微米级)的自组装效应将单分散胶体球溶液在特定的条件下装形成的三维有序蜂巢型周期阵列结构，这种方法可以在平面表面形成多种形式的阵列结构，然而，在曲面或锥面上很难实现自组装的胶体球阵列结构，
发明内容
本发明提供一种锥形光纤表面制备单层胶体球阵列结构的方法，可解决在锥形面上制备微纳阵列结构的问题，解决在任意曲面(锥面)上制备微纳阵列结构的难题。
本发明提供的锥形光纤表面制备单层胶体球阵列结构的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：微-纳光纤锥4的制备
将普通光纤浸入到盛有的氢氟酸溶液塑料U型管中，浸入到溶液中普通光纤一端被腐蚀成锥型微-纳光纤锥4，锥型微纳光纤的直径D为10nmnm-10μm；
步骤二：将微-纳光纤锥4放入氧等离子清洗机中，通过氧等离子轰击，使锥型微-纳光纤锥4表面产生亲水性；
步骤三：单层胶体阵列结构3的制备
采用界面自组装方法:用微量取液器吸取5mL的去离子水滴在玻璃衬底表面，静置2-3min在衬底表面形成一层厚度为1-2mm的水膜，吸取300uL的胶体微球混合溶液直接滴在衬底的表面的一端，由于混合溶液和水的密度、蒸发速率不同，在毛细力的作用下将带动胶体微球浮于水膜表面，胶体微球混合溶液的胶体微球在分子间相互作用下在水膜表面形成稳定的单层胶体微球阵列结构，将浮在水膜表面的单层胶体微球阵列结构连同衬底缓慢放入玻璃容器1的水溶液2中，最终在玻璃容器1的水溶液2表面形成单层胶体阵列结构3；
步骤四：将微-纳光纤锥4浸入到单层胶体球阵列结构3的液面下，采用自然蒸发沉降，即单层胶体球阵列结构3在水溶液蒸发过程中自然沉降，由于锥型微-纳光纤锥4具有亲水性，单层胶体球阵列结构3被吸附在光纤锥的表面形成阵列结构。
本发明的效果是采用该方法在锥形面上加工微-纳阵列结构的工艺流程简单，无需大型的设备。该方法不仅可以在锥形面上实现六边形微球阵列结构的分布，可以在任意的曲面上制备微纳阵列结构。微纳阵列结构的间距可实现有效的调节。方法简单，成本低，投资少，便于推广。
附图说明
图1为本发明的锥形光纤表面制备单层胶体球阵列结构的方法的实验步骤1示意图；
图2为本发明的锥形光纤表面制备单层胶体球阵列结构的方法的实验步骤2示意图；
图3为本发明的锥形光纤表面制备单层胶体球阵列结构的方法的实验步骤3示意图；
图4为本发明专利实施例的锥形光纤表面制备单层胶体球阵列结构的扫描电镜图。
图中：
1、水槽 2、水溶液 3、在水面上形成的单层胶体球阵列结构
4、微-纳光纤锥 5、光纤锥表面形成的胶体球阵列结构
具体实施方式
下面通过实施例对本发明的锥形光纤表面制备单层胶体球阵列结构的方法进一步描述。
本发明的锥形光纤表面制备单层胶体球阵列结构的方法设计思想是，采用自然沉降法在光纤锥表面制备单层胶体阵列结构，将亲水处理后的光纤浸入到水膜下，单层胶体球阵列结构在蒸发过程中自然沉降，同时被吸附在光纤锥的表面形成阵列结构。
如图1至图3所示，本发明的锥形光纤表面制备单层胶体球阵列结构的方法包括以下步骤：
步骤一：微-纳光纤锥4的制备
将普通光纤浸入到盛有的氢氟酸溶液塑料U型管中，浸入到溶液中普通光纤一端被腐蚀成锥型微-纳光纤锥4，锥型微纳光纤的直径D为10nmnm-10μm。
步骤二：将微-纳光纤锥4放入氧等离子清洗机中，通过氧等离子轰击，使锥型微-纳光纤锥4表面产生亲水性。
步骤三：单层胶体阵列结构3的制备
采用界面自组装方法:用微量取液器吸取5mL的去离子水滴在玻璃衬底表面，静置2-3min在衬底表面形成一层厚度为1-2mm的水膜，吸取300uL的胶体微球混合溶液直接滴在衬底的表面的一端，由于混合溶液和水的密度、蒸发速率不同，在毛细力的作用下将带动胶体微球浮于水膜表面，胶体微球混合溶液的胶体微球在分子间相互作用下在水膜表面形成稳定的单层胶体微球阵列结构，将浮在水膜表面的单层胶体微球阵列结构连同衬底缓慢放入玻璃容器1的水溶液2中，最终在玻璃容器1的水溶液2表面形成单层胶体阵列结构3。
步骤四：将微-纳光纤锥4浸入到单层胶体球阵列结构3的液面下，采用自然蒸发沉降，即单层胶体球阵列结构3在水溶液蒸发过程中自然沉降，由于锥型微-纳光纤锥4具有亲水性，单层胶体球阵列结构3被吸附在光纤锥的表面形成阵列结构，阵列结构在锥形曲面上呈现六边形对称结构。
所述胶体微球混合溶液为上海辉质生物有限公司生产，胶体球的直径为200～1000nm，所述衬底是光纤锥形的曲面衬底。
实施例
第一步：光纤锥是采用氢氟酸溶液腐蚀的方法将浸入溶液中一部分光纤腐蚀成光纤锥，光纤锥的长度为3-5mm，直径D为10nm～20μm；
第二步：锥型微-纳光纤锥的亲水性处理，将其放入氧等离子清洗机，通过氧等离子轰击，使锥型微纳光纤锥表面产生亲水性。
第三步：用微量取液器吸取一定量的去离子水滴在衬底表面，静置2-3min在衬底表面形成一层厚度大约为1-2mm的水膜，吸取一定量的胶体微球混合溶液直接滴在衬底的表面的一端，由于混合溶液和水的密度、蒸发速率不同，在毛细力的作用下将带动胶体微球浮于水膜表面，大量的胶体微球在分子间相互作用下在水膜表面形成稳定的单层胶体微球阵列结构，将衬底表面形成单层胶体微球阵列结构缓慢放入玻璃容器中的水溶液，最终在玻璃容器中的水溶液表面形成单层胶体阵列结构，胶体球的直径为200～1000nm；
第四步：采用自然沉降法在光纤锥表面制备单层胶体阵列结构，将亲水处理后的光纤浸入到水膜下，单层胶体球阵列结构在蒸发过程中自然沉降，同时被吸附在光纤锥的表面形成阵列结构。
图1至图3为所示实验步骤。所述单层胶体晶体为自组装形成的单层胶体球球阵列结构，聚苯乙烯微球的直径为1um，图4为所示在微纳光纤锥表面形成的胶体球阵列结构的扫描电镜图。

Claims (4)

1.一种锥形光纤表面制备单层胶体球阵列结构的方法，该方法包括以下步骤：
步骤一：微-纳光纤锥(4)的制备
将普通光纤浸入到盛有的氢氟酸溶液塑料U型管中，浸入到溶液中普通光纤一端被腐蚀成锥型微-纳光纤锥(4)，锥型微纳光纤的直径D为10nmnm-10μm；
步骤二：将微-纳光纤锥(4)放入氧等离子清洗机中，通过氧等离子轰击，使锥型微-纳光纤锥(4)表面产生亲水性；
步骤三：单层胶体阵列结构(3)的制备
采用界面自组装方法:用微量取液器吸取5mL的去离子水滴在玻璃衬底表面，静置2-3min在衬底表面形成一层厚度为1-2mm的水膜，吸取300uL的胶体微球混合溶液直接滴在衬底的表面的一端，由于混合溶液和水的密度、蒸发速率不同，在毛细力的作用下将带动胶体微球浮于水膜表面，胶体微球混合溶液的胶体微球在分子间相互作用下在水膜表面形成稳定的单层胶体微球阵列结构，将浮在水膜表面的单层胶体微球阵列结构连同衬底缓慢放入玻璃容器(1)的水溶液(2)中，最终在玻璃容器(1)的水溶液(2)表面形成单层胶体阵列结构(3)；
步骤四：将微-纳光纤锥(4)浸入到单层胶体球阵列结构(3)的液面下，采用自然蒸发沉降，即单层胶体球阵列结构(3)在水溶液蒸发过程中自然沉降，由于锥型微-纳光纤锥(4)具有亲水性，单层胶体球阵列结构(3)被吸附在光纤锥的表面形成阵列结构。
2.根据权利要求1所述锥形光纤表面制备单层胶体球阵列结构的方法，其特征是：所述步骤四形成的阵列结构在锥形曲面上呈现六边形对称结构。
3.根据权利要求1所述锥形光纤表面制备单层胶体球阵列结构的方法，其特征是：所述胶体微球混合溶液为上海辉质生物有限公司生产，胶体球的直径为200～1000nm。
4.根据权利要求1所述锥形光纤表面制备单层胶体球阵列结构的方法，其特征是：所述衬底是光纤锥形的曲面衬底。
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