CN107089642A - 二维有序的金和ito复合纳米阵列及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种二维有序的金和ITO复合纳米阵列及其制备方法，该二维有序的金和ITO复合纳米阵列是由多个空心ITO纳米半球壳及附着在各个ITO纳米半球壳正上方的金纳米颗粒按照规则六角密排结构有序排布而成的复合纳米结构；其制备方法包括：将聚苯乙烯纳米球通过旋涂法在石英片上排列形成单层的二维六角密排结构模板；将一定厚度的ITO和金薄膜依次均匀沉积在聚苯乙烯纳米球模板上方；将样品放置于电阻炉中进行高温退火处理，自然冷却后便可得到二维有序的金和ITO复合纳米阵列。本发明提供的方法，不仅能够获得厘米量级的大面积二维有序的金和ITO复合纳米阵列，且具有工艺简单，容易操作，成本较低等优点。

Description

二维有序的金和ITO复合纳米阵列及其制备方法
技术领域
本发明涉及纳米材料领域，特别是一种二维有序的金和氧化铟锡(Indium tinoxide，以下简称为ITO)复合纳米阵列及其制备方法。
技术背景
随着纳米科学与技术的飞速发展，有序金纳米阵列及其复合结构由于其所具有的独特光学性质和调控能力，已在表面增强拉曼散射衬底、太阳能电池及新型微纳光电子器件等领域表现出广阔的应用前景。随着各种微纳加工技术的不断发展与成熟，许多新型的金纳米阵列结构陆续被开发与研究，然而，如何实现各种特定形貌和尺寸的金复合纳米阵列结构的快速、大面积制备仍然是亟待解决的重要问题。
有序金纳米阵列结构的制备方法主要有刻蚀法和模板法等。刻蚀法方法虽然精度高、可控性强，但是仍然存在加工效率低且成本较大等问题。在最近的十余年中，以纳米球自组装技术为基础的模板法以其简单、高效且低成本的优势得到了人们的大量关注。但迄今为止，基于该微纳加工方法的大部分研究工作都集中在单一成分的金属纳米结构阵列的制备和应用上，然而金复合纳米结构，尤其是与半导体材料的纳米复合阵列结构的制备，仍然是一个巨大的挑战。
发明内容
本发明提供一种二维有序的金和ITO复合纳米阵列及其制备方法，不仅能够获得厘米量级的大面积二维有序复合纳米结构，所制备的二维有序的金和ITO复合纳米阵列具有增强的可见至近红外光学响应和灵活调控能力，因而在光催化、太阳能电池及新型纳米光电子器件等领域有极大的应用前景。
本发明的技术解决方案如下：
一种二维有序的金和ITO复合纳米阵列，其特点是由多个空心ITO纳米半球壳及附着在各个ITO纳米半球壳正上方的金纳米颗粒按照六角密排结构有序排布而成的复合纳米结构。
一种二维有序的金和ITO复合纳米阵列的制备方法，该方法包括以下步骤：
1)取方形的沉积片依次在去离子水、丙酮、酒精、去离子水中分别超声清洗30min，用作沉积基片；
2)将浓度为2.5wt％的单分散聚苯乙烯纳米球水溶液与乙醇按体积比1:2～1:3的比例混合并超声30分钟，得到均匀分散的聚苯乙烯纳米球混合溶液，所述的聚苯乙烯纳米球的直径为300～1000nm；
3)将50～150μL的聚苯乙烯纳米球混合溶液旋涂在沉积基片表面，其中旋涂速度为2000r/min，时间为30s，随后待其在室温环境下干燥后，得到聚苯乙烯纳米球单层六角密排结构模板；
4)在所述的聚苯乙烯纳米球单层六角密排结构模板上首先沉积一层厚度为20～50nm的ITO纳米薄膜，再沉积一层厚度为10～30nm的金纳米薄膜，随后放置于电阻炉中进行高温退火处理，退火温度为500～900℃，保温时间大于30min，自然冷却后，得到二维有序的金和ITO复合纳米阵列。
本发明的技术效果：
本发明二维有序的金和ITO复合纳米阵列的制备方法不仅能够获得厘米量级的大面积二维有序复合纳米结构，所制备的二维有序的金和ITO复合纳米阵列具有增强的可见至近红外光学响应和灵活调控能力，因而在光催化、太阳能电池及新型纳米光电子器件等领域有极大的应用前景。
附图说明
图1为本发明二维有序的金和ITO复合纳米阵列的高倍扫描电子显微镜(SEM)形貌图。
图2为本发明二维有序的金和ITO复合纳米阵列的样品翻转后的空心ITO纳米半球壳的高倍SEM形貌图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
本发明所述的二维有序的金和ITO复合纳米阵列的制备方法包括：
1)取方形的沉积片分别用去离子水和无水乙醇超声5min洗净，用作沉积基片，所述的沉积基片尺寸大于1cm2；
2)将单分散的聚苯乙烯纳米球水溶液与乙醇混合，并均匀分散，从而制得聚苯乙烯纳米球混合溶液；其中，聚苯乙烯纳米球水溶液的浓度为2.5wt％，聚苯乙烯纳米球的直径为300～1000nm，聚苯乙烯纳米球水溶液与乙醇的体积比为1:2到1:3之间。
3)将50～150μL的聚苯乙烯纳米球混合溶液旋涂在沉积基片表面，其中旋涂速度为2000r/min，时间为30s，随后待其在室温环境下干燥后，得到聚苯乙烯纳米球单层六角密排结构模板；
4)在所述的聚苯乙烯纳米球单层六角密排结构模板上依次沉积一定厚度的ITO和金纳米薄膜，随后放置于电阻炉中进行高温退火处理，自然冷却后便可得到二维有序的金和ITO复合纳米阵列。
具体地，所沉积的ITO纳米薄膜厚度为20～50nm，所沉积的金纳米薄膜厚度为10～30nm；所采用的高温退火温度为500～900℃，保温时间大于30min。
具体地，所述的金和ITO纳米薄膜的沉积方法可采用常用的磁控溅射、热蒸镀、脉冲激光沉积等方法。
为了对本发明二维有序的金和ITO复合纳米阵列及其制备方法做进一步说明，下列实施例按照本发明技术方案进行实施，给出具体的实施方式和流程。
实施例1
(1)将直径为600nm、浓度为2.5wt％的单分散聚苯乙烯纳米球水溶液与乙醇按体积比1:2的比例混合超声30min，使其均匀分散，从而得到聚苯乙烯纳米球混合溶液。
(2)将尺寸为3mm×3mm的石英片依次在去离子水、丙酮、酒精、去离子水中分别超声清洗30min，并在烘干后水平放置；随后将50μL的聚苯乙烯纳米球混合溶液旋涂在沉积基片表面，其中旋涂速度为2000r/min，时间为30s，随后待其在室温环境下干燥后，得到聚苯乙烯纳米球单层六角密排结构模板。
(3)采用磁控溅射方法，在所制备的聚苯乙烯纳米球单层六角密排结构模板上首先沉积一层厚度为20nm的ITO纳米薄膜，再沉积一层厚度为20nm的金纳米薄膜，随后放置于电阻炉中在500℃下保温1h，自然冷却后取出，石英玻璃空白基底上的橙红色薄膜即为二维有序的金和ITO复合纳米阵列。
对实施例1所得到的二维有序的金和ITO复合纳米阵列通过SEM进行表面微观结构形貌的观察，相关结果请见图1和图2。其中图1为本发明实施例1所制备的二维有序的金和ITO复合纳米阵列的高倍SEM形貌图，图2为本发明实施例1所制备的二维有序的金和ITO复合纳米阵列的样品翻转后的空心ITO纳米半球壳的高倍SEM形貌图。由图1至图2所示的SEM图像可以看出：本发明实施例1所制备的二维有序的金和ITO复合纳米阵列是由多个空心ITO纳米半球壳及附着在各个ITO纳米半球壳正上方的金纳米颗粒按照六角密排结构有序排布而成的纳米复合结构，阵列的周期为600nm。
实施例2
将直径为300nm的聚苯乙烯纳米球水溶液与乙醇混合得到聚苯乙烯纳米球混合溶液，其他同实施例1。
实施例3
将直径为1000nm的聚苯乙烯纳米球水溶液与乙醇混合得到聚苯乙烯纳米球混合溶液，其他同实施例1。
实施例4
将聚苯乙烯纳米球水溶液与乙醇按的混合体积比选为1:3，其他同实施例1。
实施例5
旋涂在沉积基片上的聚苯乙烯纳米球混合溶液的体积选为150μL，其他同实施例1。
实施例6
在所制备的聚苯乙烯纳米球单层六角密排结构模板上首先沉积一层厚度为30nm的ITO纳米薄膜，再沉积一层厚度为20nm的金纳米薄膜，其他同实施例1。
实施例7
在所制备的聚苯乙烯纳米球单层六角密排结构模板上首先沉积一层厚度为20nm的ITO纳米薄膜，再沉积一层厚度为30nm的金纳米薄膜，其他同实施例1。
实施例8
将镀膜后的样品放置于电阻炉中在900℃下保温1h，自然冷却后取出，其他同实施例1。
以上所述主要阐述了本发明的核心设计思想，其中若干具体实施例，不应当构成对本发明的限制。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明基本思想的前提下，还可以做出若干改进和润饰，而这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (3)

1.一种二维有序的金和ITO复合纳米阵列，其特征在于，它是由多个空心ITO纳米半球壳及附着在各个ITO纳米半球壳正上方的金纳米颗粒按照六角密排结构有序排布而成的复合纳米结构。
2.权利要求1所述的二维有序的金和ITO复合纳米阵列的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)取方形的沉积片依次在去离子水、丙酮、酒精、去离子水中分别超声清洗30min，用作沉积基片；
2)将浓度为2.5wt％的单分散聚苯乙烯纳米球水溶液与乙醇按体积比1:2～1:3的比例混合并超声30分钟，得到均匀分散的聚苯乙烯纳米球混合溶液，所述的聚苯乙烯纳米球的直径为300～1000nm；
3)将50～150μL的聚苯乙烯纳米球混合溶液旋涂在所述的沉积基片表面，其中旋涂速度为2000r/min，时间为30s，随后待其在室温环境下干燥后，得到聚苯乙烯纳米球单层六角密排结构模板；
4)在所述的聚苯乙烯纳米球单层六角密排结构模板上首先沉积一层厚度为20～50nm的ITO纳米薄膜，再沉积一层厚度为10～30nm的金纳米薄膜，随后放置在电阻炉中进行高温退火处理，退火温度为500～900℃，保温时间大于30min，自然冷却后，得到二维有序的金和ITO复合纳米阵列。
3.按照权利要求2所述的方法，其特征在于所述的沉积基片为石英片、硅片、或蓝宝石片。
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