CN108220883A - 一种激光诱导的表面等离子体性能可调基底及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光诱导的表面等离子体性能可调基底，包括：石英基片；以及贵金属膜层，沉积于石英基片上，其中，贵金属膜层的材料为Ag、Au或Cu。本发明还公开了一种制备激光诱导的表面等离子体性能可调基底的方法，包括如下步骤：步骤1，依次采用丙酮、酒精、去离子水对石英基片进行超声波清洗，以除去表面氧化物或杂质；步骤2，利用电子束蒸发镀膜系统在石英基片上沉积贵金属膜层；步骤3，利用二氧化碳激光器辐照贵金属膜层，将该贵金属薄膜转化为贵金属颗粒，即得到表面等离子体性能可调基底。

Description

一种激光诱导的表面等离子体性能可调基底及其制备方法
技术领域
本发明属于表面等离子体性能可调技术领域，具体涉及一种激光诱导的表面等离子体性能可调基底及其制备方法。
背景技术
表面等离子体是指金属表面自由电子与入射光子相互耦合形成的非辐射局域电磁模式。当入射光的频率与自由电子的振荡频率一致时，金属纳米颗粒电子就会产生集体共振现象，同时金属表面的局域电磁场发生增强，这种现象称为表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)。因为SPR技术的高灵敏度、高分辨率和可实时分析等优点，其被应用于多个领域，如：光电子器件、非线性光学、生物与化学传感器、表面拉曼增强等等。同时，这些SPR应用与等离子体共振波长紧密相关，且SPR材料多为贵金属。研究发现，通过改变金属纳米颗粒几何形状、尺寸大小、环境因素和材料都会对表面等离子体共振频率产生影响。且金、银、铜等贵金属，在一般条件下因性质比较稳定，电子载荷密度高常被用以研究SPR。
近几年，针对贵金属颗粒的制备与控制有许多研究，但是，通过控制贵金属颗粒的形状与大小来实现表面等离子体性能可调依然是个关键问题。目前，制备金属颗粒的方法有金属颗粒溶液排列、电子束辐照和金属薄膜退等等，但这些方式通常存在耗时长、复现性差、成本高等缺点。对于如何利用贵金属颗粒高共振吸收，低光耗，延展性等优点，则发现了激光辐照技术。利用激光辐照可以将金属薄膜转化为金属颗粒，并能够改变一些可控的激光器因素如：激光功率、扫描速率、光斑大小等等来控制金属颗粒大小与间隙以此实现表面等离子性能可调。由此可见激光诱导的表面等离子性能可调基底具有很高的研究价值和现实意义。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种激光诱导的表面等离子体性能可调基底及其制备方法。
本发明提供了一种激光诱导的表面等离子体性能可调基底，具有这样的特征，包括：石英基片；以及贵金属膜层，沉积于石英基片上，其中，贵金属膜层的材料为Ag、Au或Cu。
在本发明提供的激光诱导的表面等离子体性能可调基底，还可以具有这样的特征：其中，贵金属膜层的厚度为15mm。
本发明还提供了一种制备激光诱导的表面等离子体性能可调基底的方法，具有这样的特征，包括如下步骤：
步骤1，依次采用丙酮、酒精、去离子水对石英基片进行超声波清洗，以除去表面氧化物或杂质；
步骤2，利用电子束蒸发镀膜系统在石英基片上沉积贵金属膜层；
步骤3，利用二氧化碳激光器辐照贵金属膜层，将该贵金属薄膜转化为贵金属颗粒，即得到表面等离子体性能可调基底。
在本发明提供的制备激光诱导的表面等离子体性能可调基底的方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤3中二氧化碳激光器发出的激光的功率范围为0-3W。
在本发明提供的制备激光诱导的表面等离子体性能可调基底的方法中，还可以具有这样的特征：其中，二氧化碳激光器发出的激光的功率为3W。
发明的作用与效果
根据本发明所涉及的激光诱导的表面等离子体性能可调基底及其制备方法，因为采用的二氧化碳激光器能够改变激光功率，而随着激光功率的增大，贵金属颗粒的尺寸随着增大，颗粒间间隙也依次加大，从而导致了吸收峰的红移，而吸收峰的红移主要利用材料的等离子体特性在指定峰位置使吸收的强度增强，说明了激光辐照后的基底具有很好的谐调作用，能够满足本发明表面等离子体性能可调基底的要求，能在光治疗、表面增强拉曼、荧光发射增强的方面有相关的应用。
另外，本发明的激光诱导的表面等离子体性能可调基底的制备方法简单便捷，制备周期短，基底性能可控性高、灵敏度好，且波长在 448-522nm之间的较大范围表面等离子体共振谐调使其在各种领域如：光电子器件、生物与化学传感器、表面拉曼增强等等的灵敏度和探测强度等都有着重要的应用前景。
附图说明
图1是本发明的实施例中的贵金属膜层沉积于石英基片的示意图；
图2是本发明的实施例中的利用二氧化碳激光器辐照贵金属膜层的示意图；
图3是本发明的实施例中的激光辐照后贵金属膜层转化为贵金属颗粒的示意图；
图4是本发明的实施例中的激光诱导的表面等离子体性能可调基底制备方法的流程图；
图5是本发明的实施例中的激光诱导的表面等离子体性能可调基底的吸收光谱图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。
实施例：
图1是本发明的实施例中的贵金属膜层沉积于石英基片的示意图。
如图1所示，本发明的一种激光诱导的表面等离子体性能可调基底，包括：石英基片1和贵金属膜层2。
贵金属膜层2，沉积于石英基片1上。
贵金属膜层2的材料为Ag、Au或Cu。
贵金属膜层2的厚度为15mm。
图2是本发明的实施例中的利用二氧化碳激光器辐照贵金属膜层的示意图，图3是本发明的实施例中的激光辐照后贵金属膜层转化为贵金属颗粒的示意图，图4是本发明的实施例中的激光诱导的表面等离子体性能可调基底制备方法的流程图。
如图4所示，一种制备激光诱导的表面等离子体性能可调基底的方法，包括如下步骤：
步骤1，依次采用丙酮、酒精、去离子水对石英基片1进行超声波清洗，以除去表面氧化物或杂质；
步骤2，利用电子束蒸发镀膜系统在石英基片1上沉积贵金属膜层2，如图1所示；
步骤3，如图2所示，利用二氧化碳激光器辐照贵金属膜层1，将该贵金属薄膜层2转化为贵金属颗粒3，如图3所示，即得到表面等离子体性能可调基底。
步骤3中二氧化碳激光器发出的激光的功率范围为0-3W。
二氧化碳激光器发出的激光的功率为3W。
图5是本发明的实施例中的激光诱导的表面等离子体性能可调基底的吸收光谱图。
实施例一：
步骤1，依次采用丙酮、酒精、去离子水对石英基片1进行超声波清洗，以除去表面氧化物或杂质；
步骤2，利用电子束蒸发镀膜系统且在真空度低于9.0×10-4Pa 时在石英基片1上沉积15mm厚的银膜层；
步骤3，利用二氧化碳激光器发出0.5W的激光辐照银膜层，将该银薄膜转化为银颗粒，即得到表面等离子体性能可调基底。
步骤4，对基底进行检测，得到基底的吸收曲线a，如图5所示。
实施例二：
步骤1，依次采用丙酮、酒精、去离子水对石英基片1进行超声波清洗，以除去表面氧化物或杂质；
步骤2，利用电子束蒸发镀膜系统且在真空度低于9.0×10-4Pa 时在石英基片1上沉积15mm厚的银膜层；
步骤3，利用二氧化碳激光器发出1W的激光辐照银膜层，将该银薄膜转化为银颗粒，即得到表面等离子体性能可调基底。
步骤4，对基底进行检测，得到基底的吸收曲线b，如图5所示。
实施例三：
步骤1，依次采用丙酮、酒精、去离子水对石英基片1进行超声波清洗，以除去表面氧化物或杂质；
步骤2，利用电子束蒸发镀膜系统且在真空度低于9.0×10-4Pa 时在石英基片1上沉积15mm厚的银膜层；
步骤3，利用二氧化碳激光器发出1.5W的激光辐照银膜层，将该银薄膜转化为银颗粒，即得到表面等离子体性能可调基底。
步骤4，对基底进行检测，得到基底的吸收曲线c，如图5所示。
实施例四：
步骤1，依次采用丙酮、酒精、去离子水对石英基片1进行超声波清洗，以除去表面氧化物或杂质；
步骤2，利用电子束蒸发镀膜系统且在真空度低于9.0×10-4Pa 时在石英基片1上沉积15mm厚的银膜层；
步骤3，利用二氧化碳激光器发出2W的激光辐照银膜层，将该银薄膜转化为银颗粒，即得到表面等离子体性能可调基底。
步骤4，对基底进行检测，得到基底的吸收曲线d，如图5所示。
实施例五：
步骤1，依次采用丙酮、酒精、去离子水对石英基片1进行超声波清洗，以除去表面氧化物或杂质；
步骤2，利用电子束蒸发镀膜系统且在真空度低于9.0×10-4Pa 时在石英基片1上沉积15mm厚的银膜层；
步骤3，利用二氧化碳激光器发出2.5W的激光辐照银膜层，将该银薄膜转化为银颗粒，即得到表面等离子体性能可调基底。
步骤4，对基底进行检测，得到基底的吸收曲线e，如图5所示。
实施例六：
步骤1，依次采用丙酮、酒精、去离子水对石英基片1进行超声波清洗，以除去表面氧化物或杂质；
步骤2，利用电子束蒸发镀膜系统且在真空度低于9.0×10-4Pa 时在石英基片1上沉积15mm厚的银膜层；
步骤3，利用二氧化碳激光器发出3W的激光辐照银膜层，将该银薄膜转化为银颗粒，即得到表面等离子体性能可调基底。
步骤4，对基底进行检测，得到基底的吸收曲线f，如图5所示。
实施例的作用与效果
根据实施例一至六可知，当激光功率为3W时，银颗粒的尺寸最大，颗粒间间隙也最大，从而使吸收的强度最强，所以吸收的效果最好。
上述实施例的激光诱导的表面等离子体性能可调基底及其制备方法，因为采用的二氧化碳激光器能够改变激光功率，而随着激光功率的增大，银颗粒的尺寸随着增大，颗粒间间隙也依次加大，所以导致了吸收峰的红移，而吸收峰的红移主要利用材料的等离子体特性在指定峰位置使吸收的强度增强，说明了激光辐照后的基底具有很好的谐调作用，能够满足本发明表面等离子体性能可调基底的要求，能在光治疗、表面增强拉曼、荧光发射增强的方面有相关的应用。且波长在448-522nm之间的较大范围表面等离子体共振谐调使其在各种领域如：光电子器件、生物与化学传感器、表面拉曼增强等等的灵敏度和探测强度等都有着重要的应用前景。
上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种激光诱导的表面等离子体性能可调基底，其特征在于，包括：
石英基片；以及
贵金属膜层，沉积于所述石英基片上，
其中，所述贵金属膜层的材料为Ag、Au或Cu。
2.根据权利要求1所述的激光诱导的表面等离子体性能可调基底的制备方法，其特征在于：
其中，所述贵金属膜层的厚度为15mm。
3.一种制备如权利要求1所述的激光诱导的表面等离子体性能可调基底的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，依次采用丙酮、酒精、去离子水对所述石英基片进行超声波清洗，以除去表面氧化物或杂质；
步骤2，利用电子束蒸发镀膜系统在所述石英基片上沉积所述贵金属膜层；
步骤3，利用二氧化碳激光器辐照所述贵金属膜层，将该贵金属薄膜转化为贵金属颗粒，即得到表面等离子体性能可调基底。
4.根据权利要求3所述的制备激光诱导的表面等离子体性能可调基底的方法，其特征在于：
其中，所述步骤3中二氧化碳激光器发出的激光的功率范围为0-3W。
5.根据权利要求4所述的制备激光诱导的表面等离子体性能可调基底的方法，其特征在于：
其中，所述二氧化碳激光器发出的激光的功率为3W。
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