CN108004590A - 纳米多孔表面等离激元晶体及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种纳米多孔表面等离激元晶体及其制备方法。针对现有方法制备的表面等离激元晶体的光学性能欠佳，有待提高的问题，本发明提供一种纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法，包括以下步骤：a、将纳米微球悬浮液制成单个分散的纳米微球；b、将纳米微球组装至基底表面，形成规则的二维六角密堆纳米微球阵列；c、退火处理；d、在二维微球纳米阵列表面沉积合金薄膜，形成金属合金半球壳阵列；e、去合金化处理，形成纳米多孔金属半球壳阵列结构。本发明制备工艺简单，设备要求不高，成本低，制备的纳米多孔表面等离激元晶体具有更加优良的光学特性，具有明显的经济效益。

Description

纳米多孔表面等离激元晶体及其制备方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种纳米多孔表面等离激元晶体及其制备方法。
背景技术
纳米多孔表面等离激元晶体属于表面等离激元晶体的一种，由于具有许多独特的光学特性如表面增强拉曼散射等优良特性，表面等离激元(surface plasmons)纳米材料被广泛用于分子探测，生物医疗以及环境保护等领域。
目前，表面等离激元晶体主要采用纳米球刻蚀技术来制备，即利用真空蒸发等物理气相沉积技术在二维有序纳米微球阵列(如聚苯乙烯、二氧化硅等)表面沉积金属薄膜，并最终形成规则排列的金属半球壳阵列结构。
2001年，Litorja M.等人利用自制的真空蒸发设备在直径400nm的二氧化硅微球阵列表面制备了厚度为160nm的银半球壳阵列并讨论了其光学性能。2006年，王振林等人(专利CN100465345C)提出了一种基于金属半球壳阵列的表面等离激元晶体的制备方法。2009年，王振林等人(专利申请200910234027.6)提出了另外一种基于电化学沉积的金属颗粒表面等离激元晶体的制备方法。2016年，Lee J.等人利用化学自组装方法将金纳米颗粒组装到银半球壳阵列表面，形成所谓的金纳米颗粒杂化银半球壳阵列结构，这进一步提高了银半球壳阵列的性能。
然而，采用现有方法制备出的表面等离激元晶体的光学性能还有待提高。
发明内容
本发明要解决的技术问题为：现有方法制备的表面等离激元晶体的光学性能欠佳，有待提高的问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案为：提供一种纳米多孔表面等离激元晶体及其制备方法，该制备方法简单，成本低廉，制备的纳米多孔表面等离激元晶体光学性能优异。
本发明提供了一种纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法，包括以下步骤：
a、采用旋涂法将纳米微球悬浮液在硅片表面形成单个分散的纳米微球；
b、采用气/液界面自组装方法将步骤a所得的单个分散纳米微球组装至基底表面，形成规则的二维六角密堆纳米微球阵列；
c、将步骤b得到的二维六角密堆纳米微球阵列进行退火处理；
d、采用物理气相沉积方法，在步骤c退火后的二维六角密堆纳米微球阵列表面沉积合金薄膜，形成金属合金半球壳阵列；
e、将步骤d得到的阵列在电解质溶液中进行去合金化处理，形成纳米多孔金属半球壳阵列结构，清洗、烘干，即得纳米多孔表面等离激元晶体。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤a中所述的纳米微球为聚苯乙烯或二氧化硅微球。可以为实心或空心微球。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤a中所述的纳米微球的直径为100～2000nm。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤a中所述的硅片为亲水的硅晶圆。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤a中所述的纳米微球悬浮液市售产品。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤b中所述的气/液界面为空气/水界面。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤b中所述的基底为硅片、石英片或玻璃片中的一种。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤c中所述的退火处理在具有控制加热温度和时间功能的热处理装置中进行。优选马弗炉、管式炉或加热平台。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤c所述的退火处理为在70～90℃下保温20～60min，再在105～120℃下保温5～30min。
优选的，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤c所述的退火处理为在75℃保温30min，随后在110℃保温20min。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤c中所述的退火处理在保护气氛下进行，所述保护气氛为空气或惰性气体。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤d中所述的物理气相沉积方法为热蒸发镀膜方法、电子束蒸发方法或磁控溅射方法。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤d中所述的合金为金银、金铜、金铝、银铝、铜锰或钯铝合金中的一种。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤e中所述的电解质溶液为酸、碱或盐溶液。优选为硝酸溶液或氢氧化钠溶液。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤e中所述去合金化处理温度为-5～70℃，时间为1～120min。优选为，去合金化处理温度0～5℃，时间40～60min。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤e中所述的清洗采用去离子水清洗。
本发明还提供了一种纳米多孔表面等离激元晶体，由上述制备方法制备而成。
本方法的有益效果为：
本发明提供了一种纳米多孔表面等离激元晶体及其制备方法，通过在传统的纳米球刻蚀技术中引入去合金化技术、退火处理技术以及合金共沉积技术等措施，能够制备出大面积纳米多孔金属半球壳阵列，满足大批量需求；并且本发明可以通过控制合金成分来灵活地调节纳米多孔金属半球壳阵列的孔隙率，通过去合金化条件的控制来灵活地调节纳米多孔金属半球壳阵列的孔隙尺寸，因而本发明方法制备的纳米多孔表面等离激元晶体具有更加优良的光学特性。本发明制备工业简单，设备要求不高，成本低，具有明显的经济效益。
附图说明
图1所示为实施例1制备的纳米多孔金半球壳阵列SEM图，采用直径500nm的聚苯乙烯微球阵列作为模板，采用Au35Ag65(下标为元素原子比)合金作为前驱体；
图2所示为实施例3制备的纳米多孔金半球壳阵列SEM图，采用直径810nm的聚苯乙烯微球阵列作为模板，采用Au30Ag70(下标为元素原子比)合金作为前驱体；
图3所示为对比例6制备的传统金半球壳阵列SEM图，采用直径500nm的聚苯乙烯微球阵列作为模板；
图4所示为实施例1制备的纳米多孔金半球壳阵列和对比例6制备的传统金半球壳阵列表面增强拉曼散射比较图。
具体实施方式
本发明提供了一种纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法，包括以下步骤：
a、采用旋涂法将纳米微球悬浮液在硅片表面形成单个分散的纳米微球；
b、采用气/液界面自组装方法将步骤a所得的单个分散纳米微球组装至基底表面，形成规则的二维六角密堆纳米微球阵列；
c、将步骤b得到的二维六角密堆纳米微球阵列进行退火处理；
d、采用物理气相沉积方法，在步骤c退火后的二维六角密堆纳米微球阵列表面沉积合金薄膜，形成金属合金半球壳阵列；
e、将步骤d得到的阵列在电解质溶液中进行去合金化处理，形成纳米多孔金属半球壳阵列结构，清洗、烘干，即得纳米多孔表面等离激元晶体。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤a中所述的纳米微球为聚苯乙烯或二氧化硅微球，为实心或空心微球。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤a中所述的纳米微球的直径为100～2000nm。在本发明中，可以通过控制旋涂机的转数来实现不同直径微球的分散。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤a中所述的硅片为亲水的硅晶圆。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤a中所述的纳米微球悬浮液市售产品。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤b中所述的气/液界面为空气/水界面。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤b中所述的基底为硅片、石英片或玻璃片中的一种。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤b中所述的退火处理在具有控制加热温度和时间功能的热处理装置中进行，优选马弗炉、管式炉或加热平台。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤c所述的退火处理为在70～90℃下保温20～60min，再在105～120℃下保温5～30min。
优选的，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤c所述的退火处理为在75℃保温30min，随后在110℃保温20min。
本发明退火处理的操作方式能够增强纳米微球与基底之间的结合力，避免微球在后续的去合金化过程中从基底上脱落。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤c中所述的退火处理在保护气氛下进行，所述保护气氛为空气或惰性气体。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤d中所述的物理气相沉积方法为热蒸发镀膜方法、电子束蒸发方法或磁控溅射方法。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤d中所述的合金为金银、金铜、金铝、银铝、铜锰或钯铝合金中的一种。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤e中所述的电解质溶液为酸、碱或盐溶液。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤e中所述去合金化处理温度为-5～70℃，时间为1～120min。优选为，去合金化处理温度0～5℃，时间40～60min。
其中，上述纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法中，步骤e中所述的清洗采用去离子水清洗。
本发明纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法，具体操作如下：
将亲水硅片置于旋涂机中，将适量纳米微球悬浮液滴加至硅片上旋涂形成单分散的纳米微球。随后将载有单分散纳米微球的硅片倾斜缓慢置于去离子水中，使硅片上的纳米微球在空气/水界面处自组装形成规则紧密排列的单层纳米微球阵列。使用清洗后的硅片或石英片将上述单层纳米微球阵列缓慢捞出使单层纳米微球阵列铺展于硅片或石英片上。随后，将上述硅片或石英片置于热处理装置中进行退火处理。将前述退火后的硅片或石英片置于真空镀膜装置中镀合金薄膜。通过控制镀膜参数来控制合金成分及薄膜厚度。将合金薄膜半球壳阵列置于合适的电解质溶液中进行去合金化处理，腐蚀一段时间后用去离子水清洗干净，最后在氮气气流中干燥并保存。
下面将通过实施例对本发明的具体实施方式做进一步的解释说明，但不表示将本发明的保护范围限制在实施例所述范围内。
实施例1采用本发明方法制备纳米多孔表面等离激元晶体
(1)将亲水处理后的直径2英寸的硅晶圆片置于旋涂机中，使用移液器将100μl直径500nm浓度2.5wt％的聚苯乙烯微球悬浮液滴加至硅片上，设置旋涂程序为：第一步600rpm，持续20s，第二步2500rpm，持续40s。启动旋涂机进行旋涂。旋涂完毕后取出样品。
(2)将足量去离子水加至直径15cm的培养皿中，在去离子水中滴加5μl十二烷基硫酸钠，随后将步骤1中样品倾斜缓慢置于去离子水中使其表面的聚苯乙烯微球自组装于水面上形成紧密规则排列的单层阵列。用清洗后的2cm×2cm大小硅片将水面上的单层聚苯乙烯阵列捞出备用。
(3)将上述载有单层聚苯乙烯阵列的硅片置于管式炉中在空气气氛下进行退火处理。首先在75℃保温30min，随后在110℃保温20min。
(4)将上述退火处理后的硅片置于真空室中。抽真空至2.5×10-4Pa，通入氩气，调节气压至0.5Pa。设置Ag靶功率恒定为50W，Au靶功率恒定为25W。开始溅射，溅射时间为252s。溅射完毕后，冷却1h，取出样品。
(5)将上述样品置于50％HNO3溶液中，在0℃腐蚀60min，取出腐蚀后样品，用去离子水浸泡10min使酸溶液完全洗净。然后在氮气气流中晾干并保存。所制得的纳米多孔金半球壳阵列排列规则，金半球壳最大厚度约200nm，孔尺寸约16nm。
实施例2采用本发明方法制备纳米多孔表面等离激元晶体
(1)将亲水处理后的直径2英寸的硅晶圆片置于旋涂机中，使用移液器将100μl直径500nm浓度2.5wt％的聚苯乙烯微球悬浮液滴加至硅片上，设置旋涂程序为：第一步600rpm，持续20s，第二步2500rpm，持续40s。启动旋涂机进行旋涂。旋涂完毕后取出样品。
(2)将足量去离子水加至直径15cm的培养皿中，在去离子水中滴加5μl十二烷基硫酸钠，随后将步骤1中样品倾斜缓慢置于去离子水中使其表面的聚苯乙烯微球自组装于水面上形成紧密规则排列的单层阵列。用清洗后的2cm×2cm大小硅片将水面上的单层聚苯乙烯阵列捞出备用。
(3)将上述载有单层聚苯乙烯阵列的硅片置于管式炉中在空气气氛下进行退火处理。首先在75℃保温30min，随后在110℃保温20min。
(4)将上述退火处理后的硅片置于真空室中。抽真空至2.5×10-4Pa，通入氩气，调节气压至0.5Pa。设置Ag靶功率恒定为50W，Au靶功率恒定为15W。开始溅射，溅射时间为553s。溅射完毕后，冷却1h，取出样品。
(5)将上述样品置于50％HNO3溶液中，在25℃腐蚀40min，取出腐蚀后样品，用去离子水浸泡10min使酸溶液完全洗净。然后在氮气气流中晾干并保存。所制得的纳米多孔金半球壳阵列排列规则，金半球壳最大厚度约400nm，孔尺寸约23nm。
实施例3采用本发明方法制备纳米多孔表面等离激元晶体
(1)将亲水处理后的直径2英寸的硅晶圆片置于旋涂机中，使用移液器将50μl直径810nm浓度10wt％的聚苯乙烯微球悬浮液滴加至硅片上，设置旋涂程序为：第一步800rpm，持续20s，第二步2000rpm，持续40s。启动旋涂机进行旋涂。旋涂完毕后取出样品。
(2)将足量去离子水加至直径15cm的培养皿中，在去离子水中滴加5μl十二烷基硫酸钠，随后将步骤1中样品倾斜缓慢置于去离子水中使其表面的聚苯乙烯微球自组装于水面上形成紧密规则排列的单层阵列。用清洗后的2cm×2cm大小硅片将水面上的单层聚苯乙烯阵列捞出备用。
(3)将上述载有单层聚苯乙烯阵列的硅片置于管式炉中在空气气氛下进行退火处理。首先在75℃保温30min，随后在110℃保温20min。
(4)将上述退火处理后的硅片置于真空室中。抽真空至2.5×10-4Pa，通入氩气，调节气压至0.5Pa。设置Ag靶功率恒定为50W，Au靶功率恒定为25W。开始溅射，溅射时间为252s。溅射完毕后，冷却1h，取出样品。
(5)将上述样品置于50％HNO3溶液中，在0℃腐蚀60min，取出腐蚀后样品，用去离子水浸泡10min使酸溶液完全洗净。然后在氮气气流中晾干并保存。所制得的纳米多孔金半球壳阵列排列规则，金半球壳最大厚度约200nm，孔尺寸约15nm。
实施例4采用本发明方法制备纳米多孔表面等离激元晶体
(1)将亲水处理后的直径2英寸的硅晶圆片置于旋涂机中，使用移液器将120μl直径200nm浓度2.5wt％的聚苯乙烯微球悬浮液滴加至硅片上，设置旋涂程序为：第一步600rpm，持续20s，第二步3500rpm，持续40s。启动旋涂机进行旋涂。旋涂完毕后取出样品。
(2)将足量去离子水加至直径15cm的培养皿中，在去离子水中滴加5μl十二烷基硫酸钠，随后将步骤1中样品倾斜缓慢置于去离子水中使其表面的聚苯乙烯微球自组装于水面上形成紧密规则排列的单层阵列。用清洗后的1cm×3cm大小石英片将水面上的单层聚苯乙烯阵列捞出备用。
(3)将上述载有单层聚苯乙烯阵列的石英片置于管式炉中在空气气氛下进行退火处理。首先在75℃保温30min，随后在110℃保温20min。
(4)将上述退火处理后的石英片置于真空室中。抽真空至2.5×10-4Pa，通入氩气，调节气压至0.5Pa。设置Ag靶功率恒定为50W，Au靶功率恒定为25W。开始溅射，溅射时间为252s。溅射完毕后，冷却1h，取出样品。
(5)将上述样品置于50％HNO3溶液中，在25℃腐蚀120min，取出腐蚀后样品，用去离子水浸泡10min使酸溶液完全洗净。然后在氮气气流中晾干并保存。所制得的纳米多孔金半球壳阵列排列规则，金半球壳最大厚度约200nm，孔尺寸约35nm。
实施例5采用本发明方法制备纳米多孔表面等离激元晶体
(1)将亲水处理后的直径2英寸的硅晶圆片置于旋涂机中，使用移液器将100μl直径500nm浓度2.5wt％的聚苯乙烯微球悬浮液滴加至硅片上，设置旋涂程序为：第一步600rpm，持续20s，第二步2500rpm，持续40s。启动旋涂机进行旋涂。旋涂完毕后取出样品。
(2)将足量去离子水加至直径15cm的培养皿中，在去离子水中滴加5μl十二烷基硫酸钠，随后将步骤1中样品倾斜缓慢置于去离子水中使其表面的聚苯乙烯微球自组装于水面上形成紧密规则排列的单层阵列。用清洗后的2cm×2cm大小硅片将水面上的单层聚苯乙烯阵列捞出备用。
(3)将上述载有单层聚苯乙烯阵列的硅片置于管式炉中在空气气氛下进行退火处理。首先在75℃保温30min，随后在110℃保温20min。
(4)将上述退火处理后的硅片置于真空室中。抽真空至2.5×10-4Pa，通入氩气，调节气压至0.5Pa。设置Al靶功率恒定为80W，Ag靶功率恒定为27W。开始溅射，溅射时间为312s。溅射完毕后，冷却1h，取出样品。
(5)将上述样品置于30％NaOH溶液中，在25℃腐蚀60min，取出腐蚀后样品，用去离子水浸泡10min使碱溶液完全洗净。然后在氮气气流中晾干并保存。所制得的纳米多孔银半球壳阵列排列规则，银半球壳最大厚度约300nm，孔尺寸约20nm。
对比例6采用现有的方法制备纳米多孔表面等离激元晶体
(1)将亲水处理后的直径2英寸的硅晶圆片置于旋涂机中，使用移液器将100μl直径500nm浓度2.5wt％的聚苯乙烯微球悬浮液滴加至硅片上，设置旋涂程序为：第一步600rpm，持续20s，第二步2500rpm，持续40s。启动旋涂机进行旋涂。旋涂完毕后取出样品。
(2)将足量去离子水加至直径15cm的培养皿中，在去离子水中滴加5μl十二烷基硫酸钠，随后将步骤1中样品倾斜缓慢置于去离子水中使其表面的聚苯乙烯微球自组装于水面上形成紧密规则排列的单层阵列。用清洗后的2cm×2cm大小硅片将水面上的单层聚苯乙烯阵列捞出备用。
(3)将上述载有聚苯乙烯阵列的硅片置于真空室中。抽真空至2.5×10-4Pa，通入氩气，调节气压至0.5Pa。设置Au靶功率恒定为80W。开始溅射，溅射时间为203s。溅射完毕后，冷却1h，取出样品。所制得的传统金半球壳阵列排列规则，金半球壳最大厚度约200nm，其球壳表面光滑无多孔亚结构。
将实施例1制备的传统金半球壳阵列和对比例6制备的纳米多孔表面等离激元晶体进行光学性能测定，测定方法为：将上述两种样品在浓度为10-5M的结晶紫水溶液中浸泡6h，取出后用氮气吹干，然后用共聚焦拉曼光谱仪进行测试，得到如图4所示的结果。
由实施例和对比例可知，采用本发明方法能够制备得到性能优异的纳米多孔表面等离激元晶体，相比现有方法，本发明方法制备的表面等离激元晶体具有更好的光学性能，提高了约35倍(见图4所示)。

Claims (10)

1.纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、采用旋涂法将纳米微球悬浮液在硅片表面形成单个分散的纳米微球；
b、采用气/液界面自组装方法将步骤a所得的单个分散纳米微球组装至基底表面，形成规则的二维六角密堆纳米微球阵列；
c、将步骤b得到的二维六角密堆纳米微球阵列进行退火处理；
d、采用物理气相沉积方法，在步骤c退火后的二维六角密堆纳米微球阵列表面沉积合金薄膜，形成金属合金半球壳阵列；
e、将步骤d得到的阵列在电解质溶液中进行去合金化处理，形成纳米多孔金属半球壳阵列结构，清洗、烘干，即得纳米多孔表面等离激元晶体。
2.根据权利要要求1所述的纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法，其特征在于：步骤a中所述的纳米微球为聚苯乙烯或二氧化硅微球。
3.根据权利要要求1所述的纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法，其特征在于：步骤b中所述的基底为硅片、石英片或玻璃片中的一种。
4.根据权利要要求1所述的纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法，其特征在于：步骤c中所述的退火处理在具有控制加热温度和时间功能的热处理装置中进行。
5.根据权利要要求1所述的纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法，其特征在于：步骤c所述的退火处理为在70～90℃下保温20～60min，再在105～120℃下保温5～30min。
6.根据权利要要求1所述的纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法，其特征在于：步骤c中所述的退火处理在保护气氛下进行，所述保护气氛为空气或惰性气体。
7.根据权利要要求1所述的纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法，其特征在于：步骤d中所述的物理气相沉积方法为热蒸发镀膜方法、电子束蒸发方法或磁控溅射方法。
8.根据权利要要求1所述的纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法，其特征在于：步骤d中所述的合金为金银、金铜、金铝、银铝、铜锰或钯铝合金中的一种。
9.根据权利要要求1所述的纳米多孔表面等离激元晶体的制备方法，其特征在于：步骤e中所述去合金化处理温度为-5～70℃，时间为1～120min。
10.权利要求1～9任一项所述的纳米多孔表面等离激元晶体的方法制备得到的纳米多孔表面等离激元晶体。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110146485A (zh) * 2019-05-23 2019-08-20 中国科学院合肥物质科学研究院 金三角凹坑阵列材料及其制备方法和用途
CN110252297A (zh) * 2019-06-25 2019-09-20 中国科学院合肥物质科学研究院 一种金纳米颗粒-氧化锌纳米帽阵列及其制备方法
CN110893461A (zh) * 2019-11-06 2020-03-20 肇庆市华师大光电产业研究院 一种具有三级复合结构的纳米颗粒制备方法
CN114486857A (zh) * 2021-05-01 2022-05-13 厦门大学 基于等离激元纳米量筒与特异性结合的生物分子传感器

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1470319A (zh) * 2003-06-25 2004-01-28 �Ϻ���ͨ��ѧ 毛细吸引下的胶体微球自组织及二维、三维胶体晶体制备方法
CN1605386A (zh) * 2004-09-10 2005-04-13 南京大学 二维、三维胶体晶体的制备方法
CN1827854A (zh) * 2006-04-12 2006-09-06 南京大学 一种表面等离激元晶体及其制备方法
CN101104940A (zh) * 2007-04-19 2008-01-16 华中师范大学 电化学合金/去合金化方法制备具有纳米孔结构的金电极
CN101280455A (zh) * 2008-01-08 2008-10-08 东南大学 胶体光子晶体自组装制备及其提高机械稳定性的方法
CN101551330A (zh) * 2009-05-15 2009-10-07 南京大学 一种表面等离激元晶体传感器及其制备方法
CN101698961A (zh) * 2009-11-19 2010-04-28 南京大学 一种表面等离激元晶体的制备方法
CN106637083A (zh) * 2016-10-18 2017-05-10 南京大学 一种介质/金属‑核/壳表面等离激元晶体的制备方法

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1470319A (zh) * 2003-06-25 2004-01-28 �Ϻ���ͨ��ѧ 毛细吸引下的胶体微球自组织及二维、三维胶体晶体制备方法
CN1605386A (zh) * 2004-09-10 2005-04-13 南京大学 二维、三维胶体晶体的制备方法
CN1827854A (zh) * 2006-04-12 2006-09-06 南京大学 一种表面等离激元晶体及其制备方法
CN101104940A (zh) * 2007-04-19 2008-01-16 华中师范大学 电化学合金/去合金化方法制备具有纳米孔结构的金电极
CN101280455A (zh) * 2008-01-08 2008-10-08 东南大学 胶体光子晶体自组装制备及其提高机械稳定性的方法
CN101551330A (zh) * 2009-05-15 2009-10-07 南京大学 一种表面等离激元晶体传感器及其制备方法
CN101698961A (zh) * 2009-11-19 2010-04-28 南京大学 一种表面等离激元晶体的制备方法
CN106637083A (zh) * 2016-10-18 2017-05-10 南京大学 一种介质/金属‑核/壳表面等离激元晶体的制备方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
郭林凯等: "纳米多孔金属力学性能的若干研究进展", 《材料导报》 *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110146485A (zh) * 2019-05-23 2019-08-20 中国科学院合肥物质科学研究院 金三角凹坑阵列材料及其制备方法和用途
CN110252297A (zh) * 2019-06-25 2019-09-20 中国科学院合肥物质科学研究院 一种金纳米颗粒-氧化锌纳米帽阵列及其制备方法
CN110252297B (zh) * 2019-06-25 2022-08-26 中国科学院合肥物质科学研究院 一种金纳米颗粒-氧化锌纳米帽阵列及其制备方法
CN110893461A (zh) * 2019-11-06 2020-03-20 肇庆市华师大光电产业研究院 一种具有三级复合结构的纳米颗粒制备方法
CN114486857A (zh) * 2021-05-01 2022-05-13 厦门大学 基于等离激元纳米量筒与特异性结合的生物分子传感器
CN114486857B (zh) * 2021-05-01 2023-12-15 厦门大学 基于等离激元纳米量筒与特异性结合的生物分子传感器

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