CN112376020B - 激光诱导纳米单元生长形成取向、手性和复杂结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了激光诱导纳米单元生长形成取向、手性和复杂结构的方法，利用激光诱导光化学反应，使金属前驱体发生光解，产生无机纳米粒子，这些纳米粒子在线偏振激光中沿着偏振的方向取向沉积到基底上，从而形成梭状的纳米单元；进一步通过用涡旋片产生的混合态偏振光能使得纳米单元快速生长并形成特殊排列方式进而得到具有手性特征和复杂图案的特殊三维纳米结构，本方法在室温环境中即可完成，具有操作简单，耗时短，可重复性高，保存时间长，成本低廉，取向和位点可控的特点，在光学器件、手性催化、传感、集成电路等领域具有广阔的应用前景。

Description

激光诱导纳米单元生长形成取向、手性和复杂结构的方法
技术领域
本发明属于纳米材料制备领域，具体涉及一种激光诱导纳米单元生长形成取向、手性和复杂结构的方法。
技术背景
各向异性纳米材料是一种尺寸、成分、性质与方向相关的材料，他们可以发生自组织形一维、二维和三维的有序结构，从而展现出独特的物理化学性质，在光学、电学、磁学、传感以及生物医学等领域有着广泛的应用前景。
传统制备各向异性生长的颗粒的方法包括种子或者多元醇协助法(Nanotechnology 2008,19,015606；Chem.Mater.2007,19,1592–1600；J.Phys.Chem.C2006,111,1123–30；Adv.Mater.2007,19,3385–3391；Nano Lett.2005,5,5,885–891)，生物辅助合成法(J.Phys.Chem.B 2005,109,15256–63)，电化学沉积法(Chem.Commun.2006,4090–4092；Cryst Growth Des.2008,8,2598–602)，模板法(Langmuir 2000,16,451–458)等。这些方法有的需要多种化学式试剂作为辅助，生长反应环境要求严格，有的反应所需时间比较长，效率低下，稳定性差；有的操作复杂，成本较高，需要提前准备晶种，在溶液中进行，且需要一些化学试剂作为氧化还原剂或者稳定剂的，所得到的纳米结构的表面会存在一些有机物或者其他金属离子(Chem.Mater.2007,19,1592–1600；Nature 2003.425,487–90)，这对其催化，导电，传感等性能会有不同程度的影响。为此找到一种精确、快速、简洁、无配体修饰且可控地制备各向异性纳米结构已成为一项重大挑战。
通过光来控制纳米材料的生长不仅具有简单快速的特点，还可以精确控制生长位点和取向，在指定位置选择性生长特定形貌的纳米结构，但是现有技术通过光学手段得到的取向结构相对简单单一(ACS Nano 2013,7,2,1790–1802；Nano Lett.2012,12,5756-5760)，无法得到更为复杂的三维图案结构和手性结构，这大大限制了其在微纳光学器件，手性超材料等方面的应用。
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纳米单元生长形成取向、手性和复杂结构的方法，能够简单地通过激光照射直接在基底上生长出梭状纳米单元、并通过调控使其形成手性螺旋结构和复杂图案。
本发明为了实现上述目的，采用了以下方案：
<梭状金纳米单元取向生长>
本发明提供一种激光偏振诱导梭状金纳米单元取向生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.金基底的制备
用热蒸发仪器在硅基底上蒸镀铬作为粘附层，再蒸镀金层，得到作为衬底的金薄膜，切成小片，存放入干燥箱存储；
步骤2.样品的制备
取一小片金薄膜，用移液枪在金薄膜上滴加适量的氯金酸溶液，盖上盖玻片，使得金薄膜完全浸没在氯金酸溶液之中，得到样品；
步骤3.激光诱导单个梭状金纳米颗粒的取向生长
将线偏振激光耦合到光学显微镜内，通过物镜聚焦到样品中金薄膜的表面进行辐照，辐照功率为3～6毫瓦，时间为10～25s，通过调整线偏振激光的方向，可以得到相应取向的梭状金纳米颗粒。得到梭状颗粒的最佳条件是激光功率为4毫瓦，时间为15s。
<梭状金纳米单元手性结构生长>
进一步，本发明还提供一种激光偏振诱导梭状金纳米单元手性结构生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.金基底的制备
用热蒸发仪器在硅基底上蒸镀铬作为粘附层，再蒸镀金层，得到作为衬底的金薄膜，切成小片，存放入干燥箱存储；
步骤2.样品的制备
取一小片金薄膜，用移液枪在金薄膜上滴加适量的氯金酸溶液，盖上盖玻片，使得金薄膜完全浸没在氯金酸溶液之中，得到样品；
步骤3.激光偏振诱导梭状金手性生长
将446nm的线偏光通过涡旋片转化成包含有径向和角向偏振的混合态偏振光，由物镜聚焦到样品中金薄膜的表面进行辐照，辐照功率为5～6毫瓦，时间为90～180s，得到由多个梭状金纳米单元所形成的手性纳米结构。
<梭状金纳米单元复杂图案结构生长>
进一步，本发明还提供一种激光偏振诱导梭状金纳米单元复杂图案结构生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.金基底的制备
用热蒸发仪器在硅基底上蒸镀铬作为粘附层，再蒸镀金层，得到作为衬底的金薄膜；
步骤2.样品的制备
取一小片金薄膜，用移液枪在金薄膜上滴加适量的氯金酸溶液，盖上盖玻片，使得金薄膜完全浸没在氯金酸溶液之中，得到样品；
步骤3.激光偏振诱导梭状金复杂图案生长
将线偏光通过涡旋片转化成沿径向或者角向偏振激光，由物镜聚焦到样品中金薄膜的表面进行辐照，辐照功率为5～6毫瓦，时间为90～180s，得到由多个梭状金纳米单元所形成的具有复杂图案的纳米结构。
优选地，在上述<梭状金纳米单元取向生长>、<梭状金纳米单元手性结构生长>、<梭状金纳米单元复杂图案结构生长>的步骤1中，是蒸镀3nm的铬作为粘附层，再蒸镀50～100nm的金层。
优选地，在上述<梭状金纳米单元取向生长>、<梭状金纳米单元手性结构生长>、<梭状金纳米单元复杂图案结构生长>的步骤3中，辐照激光的波长为400～460nm。
<氧化亚铂梭状纳米立柱生长>
进一步，本发明还提供一种激光偏振诱导氧化亚铂梭状纳米立柱生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.样品的制备
将硅片放到氨丙基三乙氧基硅烷溶液中浸泡数分钟后取出，用去离子水清洗干净，然后在该硅片上滴加适量的Pt前驱体溶液，盖上盖玻片，使得硅片完全浸没在Pt前驱体溶液之中，得到样品；
步骤2.激光诱导梭状立柱的取向生长
将线偏振激光耦合到光学显微镜内，通过物镜聚焦到样品中硅片表面进行辐照，辐照功率为2～22毫瓦，时间为10s以上，通过调整线偏振激光的方向，得到相应取向的梭状纳米柱。
<氧化亚铂圆形纳米立柱生长>
进一步，本发明还提供一种激光偏振诱导氧化亚铂圆形纳米立柱生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.样品的制备
将硅片放到氨丙基三乙氧基硅烷溶液中浸泡数分钟后取出，用去离子水清洗干净，然后在该硅片上滴加适量的Pt前驱体溶液，盖上盖玻片，使得硅片完全浸没在Pt前驱体溶液之中，得到样品；
步骤2.激光诱导圆形立柱的取向生长
将圆偏振激光耦合到光学显微镜内，通过物镜聚焦到样品中硅片表面进行辐照，辐照功率为2～22毫瓦，时间为10s以上，得到圆形纳米立柱。
优选地，在上述<氧化亚铂梭状纳米立柱生长>和<氧化亚铂圆形纳米立柱生长>的步骤2中，辐照激光波长选自400～460nm或者500～550nm；当采用激光辐照波长在400～460nm范围内时(例如446nm)，功率的范围应在2毫瓦到6毫瓦，时间范围为10～60s；当采用激光辐照波长在500～550nm范围内时(例如523nm)，功率的范围应在8毫瓦到22毫瓦，时间至少为20s。
<氧化亚铂复杂图案生长>
进一步，本发明还提供一种激光偏振诱导氧化亚铂复杂图案结构生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.样品的制备
将硅片放到氨丙基三乙氧基硅烷溶液中浸泡数分钟后取出，用去离子水清洗干净，然后在该硅片上滴加适量的Pt前驱体溶液，盖上盖玻片，使得硅片完全浸没在Pt前驱体溶液之中，得到样品；
步骤2.激光诱导复杂图案生长
将线偏光通过涡旋片转化成径向或者角向偏振光，通过物镜聚焦到样品中硅片表面进行辐照，得到由多个梭状纳米单元形成的具有复杂图案的纳米结构。
<氧化亚铂手性结构生长一>
进一步，本发明还提供一种激光偏振诱导氧化亚铂手性结构生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.样品的制备
将硅片放到氨丙基三乙氧基硅烷溶液中浸泡数分钟后取出，用去离子水清洗干净，然后在该硅片上滴加适量的Pt前驱体溶液，盖上盖玻片，使得硅片完全浸没在Pt前驱体溶液之中，得到样品；
步骤2.激光诱导梭状立柱的手性生长
将线偏振激光耦合到光学显微镜内，通过物镜聚焦到样品中硅片表面进行辐照，固定激光的辐照位点，通过半波片调节激光的偏振方向，在同一位点上生长不同取向的梭状纳米单元，进而得到由不同取向方向梭状纳米单元相叠加形成的螺旋状的手性纳米结构。
<氧化亚铂手性结构生长二>
进一步，本发明还提供另一种激光偏振诱导氧化亚铂手性结构生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.样品的制备
将硅片放到氨丙基三乙氧基硅烷溶液中浸泡数分钟后取出，用去离子水清洗干净，然后在该硅片上滴加适量的Pt前驱体溶液，盖上盖玻片，使得硅片完全浸没在Pt前驱体溶液之中，得到样品；
步骤2.激光诱导复杂手性图案生长
将线偏振激光通过涡旋片转化成包含有径向和角向偏振的混合态偏振光，通过物镜聚焦到样品中硅片表面进行辐照，得到由多个梭状纳米单元形成的手性纳米结构。
优选地，在上述<氧化亚铂梭状纳米立柱生长>、<氧化亚铂圆形纳米立柱生长>、<氧化亚铂复杂图案生长>、<氧化亚铂手性结构生长一>、<氧化亚铂手性结构生长二>中，辐照激光波长选自400～460nm或者500～550nm；当采用激光辐照波长在400～460nm范围内时，功率的范围应在2毫瓦到6毫瓦，时间范围为10～60s；当采用激光辐照波长在500～550nm范围内时，功率的范围应在8毫瓦到22毫瓦，时间至少为20s。特别的，对于<氧化亚铂手性结构生长一>，这里给出的辐照时间对应的是单个梭状纳米单元的形成时间。
优选地，在上述<氧化亚铂梭状纳米立柱生长>、<氧化亚铂圆形纳米立柱生长>、<氧化亚铂复杂图案生长>、<氧化亚铂手性结构生长一>、<氧化亚铂手性结构生长二>中，采用的Pt前驱体可以为K2PtCl4、K2PtCl6、Pt(acac)2等各类有机、无机前驱体。
发明的作用与效果
本发明利用激光诱导光化学反应，使金属前驱体发生光解，产生无机纳米粒子，这些纳米粒子在线偏振激光中沿着偏振的方向取向沉积到基底上，从而形成梭状的纳米单元，生成的梭状金纳米颗粒长轴约为300～400nm，短轴约为100nm；生成氧化亚铂梭状立柱的长轴约为700nm，短轴约为400nm，高度约为500nm，且以上尺寸均可通过光照条件及前驱体浓度来进行调节；进一步通过用涡旋片产生的混合态偏振光能使得纳米单元快速生长并形成特殊排列方式进而得到具有手性特征和复杂图案的特殊三维纳米结构，本方法在室温环境中即可完成，具有操作简单，耗时短，可重复性高，保存时间长，成本低廉，取向和位点可控的特点，在光学器件、手性催化、传感、集成电路等领域具有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例一中制备的试样组1#，使用波长为446nm的激光辐照HAuCl4溶液15秒后的暗场散射光谱，辐照功率为4mW，其中，(a)为扫描电子显微镜图像；(b)为单个梭状金纳米颗粒的散射光谱(模拟)与探测光偏振角度的关系图；(c)为四种偏振角度的线偏激光诱导形成不同取向的梭状纳米颗粒图；(d)为生长取向方向角与激光偏振方向的对应关系图；
图2为本发明实施例一中制备的试样组2#，使用波长446nm的激光，保持4mW的恒定功率，分别辐照10秒(a)，15秒(b)，20秒(c)，25秒(d)的扫描电子显微镜图像及梭状金纳米颗粒的生长过程的示意图(e)；
图3为本发明实施例一中制备的偏振激光诱导梭状纳米颗粒生长的机理图；其中，(a)为使用波长446nm的激光，施加4mW功率，辐射金薄膜的温度模拟图；(b)为光学力随着两个金球颗粒距离的变化模拟图；(c)为两个间距为3nm的金纳米颗粒的电场近场模拟图，激发波长为446nm；(d)为两个颗粒中心的最大光场强度随着两颗粒间距的变化关系图；
图4为本发明实施例一中制备的试样组3#，使用波长为446nm的径向偏振光和角向偏振光以及两者的混合态辐照HAuCl4溶液120秒后的扫描电子显微镜图像，辐照功率为5毫瓦；其中，(a)为径向偏振、(b)为角向偏振，(c)为混合态偏振(-60°)，(d)为混合态偏振(60°)；
图5为本发明实施例二中制备的试样组4#，使用波长446nm的线偏激光辐照K2PtCl4溶液10秒后的的扫描电子显微镜图像，辐照功率为3mW，得到试样的俯视图(a)，以及相应的倾斜角45°的侧视图(b)；使用波长446nm的圆偏激光辐照K2PtCl4溶液10秒后的的扫描电子显微镜图像，辐照功率为3mW，得到试样的俯视图(c)，以及相应的倾斜角45°的侧视图(d)；
图6为本发明实施例二中制备的试样组5#，使用波长446nm的线偏振激光(3mW)，通过改变偏振方向(0°,45°,90°,180°)，辐照30秒后得到不同取向的梭形柱状氧化亚铂纳米颗粒；
图7为本发明实施例二中制备的试样组6#，利用生长各向异性纳米颗粒方法，原位不断改变辐照偏振方向来制备一种螺旋结构的手性纳米颗粒，其中，(a)为生长手性颗粒的示意图，(b)～(d)依次为经过一次、两次和三次不同偏振方向辐照的氧化亚铂纳米颗粒，(e)～(g)分别为(b)～(d)试样对应的散射光谱-圆二色散射谱图；
图8为本发明实施例二中制备的试样7#，使用波长为446nm的径向偏振光和角向偏振光以及两者的混合态辐照四氯铂酸钾溶液60秒后的扫描电子显微镜图像，辐照功率为4毫瓦，其中，(a)为径向偏振、(b)为角向偏振，(c)为混合态偏振(30°)，(d)为混合态偏振(-30°)。
具体实施方式
以下结合附图对本发明涉及的激光诱导纳米单元生长形成取向、手性和复杂结构的方法的具体实施方案进行详细地说明。
<实施例一>
1)金基底的制备
用热蒸发仪器在硅基底上蒸镀3nm的铬作为粘附层，再蒸镀100nm的金层，把制备成功的金薄膜基底切成1平方厘米左右的小片，存放入干燥箱存储。
2)样品的制备
取一小片金薄膜，用酒精清洗干净吹干，用移液枪在金薄膜上滴加适量的氯金酸溶液(10～20mmol/L)，盖上盖玻片，使得金薄膜完全浸没在氯金酸溶液之中。
3)激光诱导梭状金纳米颗粒的取向生长
将线偏激光耦合到光学显微镜内，通过100倍的物镜(0.8的数值孔径)聚焦到2)中制备的金薄膜样品表面进行辐照。辐照激光波长为446纳米的线性偏振光，辐照功率的可调范围为3毫瓦至6毫瓦，时间可调范围为15秒到25秒。
通过改变激光的偏振方向，可以得到不同取向的梭状金纳米颗粒。
4)激光偏振控制梭状金手性/复杂图案生长
将446nm的线偏光通过涡旋片转化成径向、角向和混合态的偏振光，通过100倍的物镜(0.8的数值孔径)聚焦到2)中制备的金薄膜样品表面进行辐照。辐照功率的可调范围为5～6毫瓦，时间可调范围为120～180秒，最终可以在金薄膜上形成不同的手性/复杂图案。
具体地，在本实施例中，滴加10mmol/L的HAuCl4溶液，将2)中制得的金薄膜样品置于显微镜下，保持激光辐照条件一致(4mW,15s)，改变激光的偏振方向进行辐照，偏振方向与水平方向的夹角为0°，30°，60°，90°得到试样组编号为1#。
将2)中制得的金薄膜样品置于显微镜下，使用446nm的激光以4mW的功率进行不同时间的辐照，得到试样组2#。
将2)中制得的金薄膜样品置于显微镜下，使用446nm的径向偏振光和角向偏振光以及两者的混合态辐照HAuCl4溶液120秒，辐照功率为5毫瓦，得到试样组3#。
所得的梭状金纳米结构试样(编号1#)的扫描电子显微镜图像，梭状金纳米结构的生长随时间变化过程图(编号2#)，以及温度和电场模拟图分别示于图1至图3中。所得的金纳米复杂图案和手性结构试样(编号3#)的扫描电子显微镜图像示于图4中。
图1为使用波长为446nm的激光，实施4mW的辐照功率，照射试样15秒，得到梭状的金纳米颗粒。由不同角度的偏振散射模拟图可见在金薄膜表面生长出的梭状金纳米颗粒具有偏振依赖性。而通过半波片调节激光的偏振方向，可以发现生长得到的梭状纳米颗粒取向与线偏光的偏振方向基本保持一致。
图2为使用446nm波长的激光实施4mW的辐照功率，随着辐照时间的增加，金纳米颗粒的形貌演化过程。辐照初期，氯金酸溶液在激光的辅助下，在金薄膜表面刻蚀出一个坑，同时激光诱导氯金酸还原，在溶液中形成直径为10nm左右的金球颗粒，在光学力的作用下，金纳米小球沿激光偏振方向取向排列，在偏振激发的近场作用下发生取向光化学生长，最终形成梭状纳米颗粒。接着延长激光的辐照时间，由于氯金酸的还原和生成金原子的速率加快，在动力学的控制下，在梭状纳米颗粒的上面形成大块的单晶体。
图3是影响金球小颗粒沿激光偏振方向生长的机理阐述。由温度模拟图可见，最高温度在30℃左右，因而金薄膜表面形成刻蚀坑的原因不是由于加热促进了金薄膜表面的氧化刻蚀，而是光化学诱导的氧化刻蚀。所形成的温度梯度也不是金球纳米颗粒聚集的主要因素。金球颗粒在光学力作用下在刻蚀的粗糙坑表面取向排列(图3b)，这些颗粒之间存在明显的近场增强作用(图3c)，金纳米颗粒会优先沿激光偏振方向生长，形成梭状纳米颗粒。
图4是利用不同偏振特征的激光对HAuCl4溶液进行辐照在金薄膜表面生长的复杂图案和手性纳米结构。调节446nm线偏激光的偏振方向与涡旋片的快轴方向平行，得到径向偏振光，利用偏振光(5mw,120s)诱导出的纳米结构为图4a，为多个梭状纳米单元组成的向外辐射的花瓣状，且各梭状纳米单元的内端围成的内圈直径大于200nm；调节调节446nm线偏激光的偏振方向与涡旋片的快轴方向垂直，得到角向偏振光，利用角向偏振光(5mw,120s)诱导出的纳米结构为图4b，多个梭状纳米单元沿着周向连成环状；当线偏激光的偏振方向与涡旋片的快轴的方向其它度数的夹角时，得到混合态偏振光，当线偏光的偏振方向与涡旋片快轴方向夹角为-60°和60°时，固定混合态偏振光功率为5毫瓦，辐照时间120秒，分别得到图4c和图4d手性结构，为多个弯曲的梭状纳米单元组成的向外辐射的花状，其中4c为向顺时针方向弯曲，且位于右侧的梭状纳米单元体积更大；4d为向逆时针方向弯曲，且位于上侧的梭状纳米单元体积更大。通过调节线偏光的偏振方向与涡旋片快轴方向夹角可以进一步调节结构的螺旋度。
<实施例二>
1)样品制备
取出1平方厘米的硅片，酒精冲洗干净后吹干。用移液枪取1uL的氨丙基三乙氧基硅烷加入1mL的去离子水中，混合均匀配成氨丙基三乙氧基硅烷溶液。将清洗干净的硅片放到氨丙基三乙氧基硅烷溶液中浸泡十分钟后取出，用去离子水清洗干净。这么做的目的是为了让激光诱导产生的氧化亚铂纳米颗粒能够牢固地吸附在基底上。在处理好的硅片上滴加适量的K2PtCl4溶液(5～30mmol/L)，盖上盖玻片，使得硅片完全浸没在K2PtCl4溶液之中。
2)激光诱导氧化亚铂立柱的取向生长
将线偏振激光耦合到光学显微镜内，通过100倍或50倍的物镜(0.8或0.5的数值孔径)聚焦到硅基底表面进行辐照。辐照激光波长可以是446纳米或者532纳米。用波长为446纳米激光辐照时，其功率的范围应在2毫瓦到6毫瓦，时间范围为10秒至60秒；用波长为523纳米激光辐照时功率的范围应在8毫瓦到22毫瓦，时间范围至少为20秒，在这样的辐照条件下均可得到取向较为明显的梭状纳米柱；用446纳米激光辐照(3mW,30s)，通过改变线偏振激光的方向，可以得到不同取向的梭状纳米柱；在同样的光照条件下，利用四分之一波片将线偏振光调整为圆偏振光，则诱导生成圆形立柱。
3)激光偏振诱导氧化亚铂梭状立柱的手性生长
选择波长为446纳米的激光，激光功率的控制范围在2毫瓦至3毫瓦为较佳，较佳的辐照时间范围控制在8秒到15秒，固定激光的辐照位点和激光的功率，通过半波片调节激光的偏振方向，在同一位点上生长不同取向梭状纳米立柱，这样可以得到由不同取向方向相叠加的螺旋状的手性纳米结构。
4)激光偏振诱导氧化亚铂立柱的手性/复杂图案生长
将446nm的线偏光通过涡旋片转化成径向、角向和混合态的偏振光，通过100倍的物镜(0.8的数值孔径)聚焦到1)中制备的硅基底表面进行辐照。辐照功率的可调范围为4～6毫瓦，时间可调范围为60～90秒，最终可以在硅基底上形成不同的手性/复杂图案。
具体地，在本实施例二中，采用的是20mmol/L的四氯铂酸钾溶液，将1)中得到的样品放置于显微镜之下，分别使用线偏振和圆偏振激光(波长446nm)进行辐照得到试样组4#。
将1)中得到的样品放置于显微镜之下，使用446nm波长的激光进行辐照，并改变激光的偏振方向(0°，45°，90°，180°)，得到试样组5#。
将1)中得到的样品放置于显微镜之下，使用446nm波长的激光进行辐照，在同一位点上改变激光的偏振方向(0°，120°，240°)进行多次辐照，得到试样组6#。
将1)中得到的样品放置于显微镜之下，利用涡旋片将446nm线偏光转变为径向、角向和混合态偏振光，用这三种偏振光辐照四氯铂酸钾溶液，得到试样7#。
所得的氧化亚铂纳米结构试样(编号4～7#)的扫描电子显微图像分别示于图5到图8中。
图5是使用波长446nm的激光(3mW)，分别用线偏光和圆偏光辐照K2PtCl4溶液10秒，所诱导生长出形貌不同的纳米颗粒。线偏光诱导生长得到的纳米颗粒呈现梭形柱状，且长轴平行于激光的偏振方向，而圆偏光诱导的生长得到的颗粒呈现圆柱状。
图6是使用波长446nm的线偏光(3mW)，通过半波片依次改变线偏激光的偏振方向，得到的梭形柱状纳米颗粒的长轴方向都平行于激光的偏振方向。
图7是使用波长446nm的激光，固定激光的辐照位点和辐照功率(2mW)通过改变激光的偏振方向而得到的螺旋手性纳米结构。辐照过程如图7a所示，首先辐照K2PtCl4溶液15秒后，得到沿偏振方向取向生长梭状PtO(图7b)，然后将半波片旋转60°，使得激光的偏振方向与其原偏振方向夹角为120°，辐照8秒，得到两个不同取向纳米柱相叠加的样品(图7c)，将半波片再次旋转60°，辐照5秒，得到三个不同取向纳米柱相叠加的螺旋样品(图7d)，由于图7d中样品具有明显的螺旋特征，其散射光谱在可见乃至近红外波段展现了明显的光学手性特征(图7g)，其圆二色散射(CDS)值最高可达60％。而对于两次旋转偏振生长的PtO纳米结构，其螺旋特征较弱，因此其圆二色性特征仅在800nm处表现出较高的CDS值。对于梭状的PtO结构(图7b)，则没有表现出手性特征，其CDS值在整个光谱范围内接近于0。
图8是使用径向偏振光，角向偏振光以及径向和角向混合态偏振光诱导生长的的纳米结构。调节446nm线偏激光的偏振方向与涡旋片的快轴方向平行，得到径向偏振光，利用径向偏振光(4mw,60s)诱导出的纳米结构为图8a，呈密集排列的多层花朵状；调节调节446nm线偏激光的偏振方向与涡旋片的快轴方向垂直，得到角向偏振光，利用角向偏振光(4mw,60s)诱导出的纳米结构为图8b，由多层弯曲的梭状纳米单元相互交叠而成为环状；当线偏激光的偏振方向与涡旋片的快轴的方向其它度数的夹角时，得到混合态偏振光，当线偏光的偏振方向与涡旋片快轴方向夹角为30°和-30°时，固定混合态偏振光功率为4毫瓦，辐照时间60秒，分别得到图8c和图8d手性结构，为多个弯曲的梭状纳米单元密集排列形成的多层花朵状，其中图8c为向逆时针方向弯曲，图8d为向顺时针方向弯曲。通过调节线偏光的偏振方向与涡旋片快轴方向夹角可以进一步调节结构的螺旋度。
以上实施例仅仅是对本发明技术方案所做的举例说明。本发明所涉及的激光诱导纳米单元生长形成取向、手性和复杂结构的方法并不仅仅限定于在以上实施例中所描述的内容，而是以权利要求所限定的范围为准。本发明所属领域技术人员在该实施例的基础上所做的任何修改或补充或等效替换，都在本发明的权利要求所要求保护的范围内。

Claims (10)

1.激光偏振诱导梭状金纳米单元取向生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1. 金基底的制备
用热蒸发仪器在硅基底上蒸镀铬作为粘附层，再蒸镀金层，得到作为衬底的金薄膜，切成小片，存放入干燥箱存储；
步骤2. 样品的制备
取一小片金薄膜，用移液枪在金薄膜上滴加适量的氯金酸溶液，盖上盖玻片，使得金薄膜完全浸没在氯金酸溶液之中，得到样品；
步骤3. 激光诱导单个梭状金纳米颗粒的取向生长
将线偏振激光耦合到光学显微镜内，通过物镜聚焦到样品中金薄膜的表面进行辐照，辐照功率为3~6毫瓦，时间为10~25s，通过调整线偏振激光的方向，可以得到相应取向的梭状金纳米颗粒。
2.激光偏振诱导梭状金纳米单元手性结构生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1. 金基底的制备
用热蒸发仪器在硅基底上蒸镀铬作为粘附层，再蒸镀金层，得到作为衬底的金薄膜，切成小片，存放入干燥箱存储；
步骤2. 样品的制备
取一小片金薄膜，用移液枪在金薄膜上滴加适量的氯金酸溶液，盖上盖玻片，使得金薄膜完全浸没在氯金酸溶液之中，得到样品；
步骤3. 激光偏振诱导梭状金手性生长
将446nm的线偏光通过涡旋片转化成包含有径向和角向偏正的混合态偏振光，由物镜聚焦到样品中金薄膜的表面进行辐照，辐照功率为5~6毫瓦，时间为90~180s，得到由多个梭状金纳米单元所形成的手性纳米结构。
3.激光偏振诱导梭状金纳米单元复杂图案结构生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1. 金基底的制备
用热蒸发仪器在硅基底上蒸镀铬作为粘附层，再蒸镀金层，得到作为衬底的金薄膜；
步骤2. 样品的制备
取一小片金薄膜，用移液枪在金薄膜上滴加适量的氯金酸溶液，盖上盖玻片，使得金薄膜完全浸没在氯金酸溶液之中，得到样品；
步骤3. 激光偏振诱导梭状金纳米单元复杂图案生长
将线偏光通过涡旋片转化成沿径向或者角向偏正，由物镜聚焦到样品中金薄膜的表面进行辐照，辐照功率为5~6毫瓦，时间为90~180s，得到由多个梭状金纳米单元所形成的具有复杂图案的纳米结构。
4.根据权利要求1所述的激光偏振诱导梭状金纳米单元取向生长的方法或者权利要求2所述的激光偏振诱导梭状金纳米单元手性结生长的方法或者权利要求3所述的激光偏振诱导梭状金纳米单元复杂图案结构生长的方法，其特征在于：
其中，在步骤1中，先蒸镀3nm的铬作为粘附层，再蒸镀50~100nm的金层。
5.根据权利要求1所述的激光偏振诱导梭状金纳米单元取向生长的方法或者权利要求3所述的激光偏振诱导梭状金纳米单元复杂图案结构生长的方法，其特征在于：
其中，在步骤3中，辐照激光的波长为400~460nm。
6.激光偏振诱导氧化亚铂梭状/圆形纳米立柱生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1. 样品的制备
将硅片放到氨丙基三乙氧基硅烷溶液中浸泡数分钟后取出，用去离子水清洗干净，然后在该硅片上滴加适量的Pt前驱体溶液，盖上盖玻片，使得硅片完全浸没在Pt前驱体溶液之中，得到样品；
步骤2. 激光诱导梭状/圆形立柱的取向生长
将线偏振/圆偏振激光耦合到光学显微镜内，通过物镜聚焦到样品中硅片表面进行辐照，辐照功率为2~22毫瓦，时间为10s以上，通过调整线偏振激光的方向，得到相应取向的梭状/圆形纳米柱。
7.激光偏振诱导氧化亚铂复杂图案结构生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1. 样品的制备
将硅片放到氨丙基三乙氧基硅烷溶液中浸泡数分钟后取出，用去离子水清洗干净，然后在该硅片上滴加适量的Pt前驱体溶液，盖上盖玻片，使得硅片完全浸没在Pt前驱体溶液之中，得到样品；
步骤2. 激光诱导复杂图案生长
将线偏光通过涡旋片转化成径向或者角向偏振激光，通过物镜聚焦到样品中硅片表面进行辐照，得到由多个梭状纳米单元形成的具有复杂图案的纳米结构。
8.激光偏振诱导氧化亚铂手性结构生长的方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1. 样品的制备
将硅片放到氨丙基三乙氧基硅烷溶液中浸泡数分钟后取出，用去离子水清洗干净，然后在该硅片上滴加适量的Pt前驱体溶液，盖上盖玻片，使得硅片完全浸没在Pt前驱体溶液之中，得到样品；
步骤2. 通过以下任一种方式诱导梭状立柱手性生长
方式一：将线偏振激光耦合到光学显微镜内，通过物镜聚焦到样品中硅片表面进行辐照，固定激光的辐照位点，通过半波片调节激光的偏振方向，在同一位点上生长不同取向的梭状纳米单元，进而得到由不同取向方向梭状纳米单元相叠加形成的螺旋状手性纳米结构；
方式二：将线偏振激光通过涡旋片转化成包含有径向和角向偏正的混合态偏振光，通过物镜聚焦到样品中硅片表面进行辐照，得到由多个梭状纳米单元形成的手性纳米结构。
9.根据权利要求6所述的激光偏振诱导氧化亚铂梭状/圆形纳米立柱生长的方法或者权利要求7所述的激光偏振诱导氧化亚铂复杂图案结构生长的方法或者权利要求8所述的激光偏振诱导氧化亚铂手性结构生长的方法，其特征在于：
其中，辐照激光波长选自400~460nm或者500~550nm；
当采用激光辐照波长在400~460nm范围内时，功率的范围应在2毫瓦到6毫瓦，时间范围为10~60s；
当采用激光辐照波长在500~550nm范围内时，功率的范围应在8毫瓦到22毫瓦，时间至少为20s。
10.根据权利要求6所述的激光偏振诱导氧化亚铂梭状/圆形纳米立柱生长的方法或者权利要求7所述的激光偏振诱导氧化亚铂复杂图案结构生长的方法或者权利要求8所述的激光偏振诱导氧化亚铂手性结构生长的方法，其特征在于：
其中，在步骤1中，采用的Pt前驱体为K2PtCl4、K2PtCl6以及Pt(acac)2中的任意一种。
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