CN1827854A - 一种表面等离激元晶体及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种表面等离激元晶体，它是由二维有序排列并相互接触的等径介质微球衬底和沉积在衬底表面上的金属半球壳膜组成。其结构特征是相邻金属半球壳相互连接，形成具有微孔阵列的二维周期有序结构金属簿膜。其制备方法是：将亚微米/微米介质微球排列成高度有序的二维微球阵列，微球之间相互接触；利用物理气相沉积方法，在介质微球表面沉积金属纳米颗粒，直至微球表面的沉积量增加到使得金属颗粒形成连续的金属半球壳膜。本发明具有结构新颖、晶体结构参数可调、周期可控、制备工艺简单等优点。
Description
一、技术领域
本发明涉及一种金属纳米材料及其制备方法，特别是一种表面等离激元晶体及其制备方法。
二、背景技术
金属纳米材料及其有序结构，由于其丰富的物理内涵以及其在光子学、电子学、催化学、生物医学、药物输运等方面具有直接的和潜在的应用价值，而得到了国内外的广泛关注和研究。实验表明，金属纳米颗粒的形状、尺寸以及组份等因素决定着它们的物理和化学性质。例如，在电磁波的作用下，金属纳米颗粒以及由其组成的有序结构表面的自由电子产生集体振荡，形成表面等离激元(surface plasmons)。表面等离基元之间的耦合和激发可以使许多光学过程的效率得到明显的提高。表面等离激元可以被广泛地应用于光电子学和生物科学等领域。表面等离激元和入射光之间的耦合为具有亚波长周期性结构平面金属薄膜材料(称之为平面型表面等离基元晶体)赋予了奇特的光学特性，这种特性已经受到了科学界的广泛关注，比如在量子信息处理，超高精度平版印刷术，以及表面拉曼增强效应等方面。因此开发新型金属纳米有序结构材料的制备技术，并能实现其结构参数可控，对未来此类材料在不同领域的应用是非常重要的意义。
现有制备等离基元晶体技术一般首先是采用物理沉积技术在平整衬底上沉积一层金属膜，然后采用光刻、反应离子束刻蚀、聚焦离子束、电子束直写等技术微加工技术对金属膜进行优选性地去除，从而形成具有调制结构的金属/介质分界面。虽然这些技术在结构控制方面具有较大的自由度，但是这些技术的设备投入大、工艺过程复杂，使得样品的制备周期长、成本高。上述所列的部分技术虽可将空间结构调制尺度降低到亚微米以下，然而实际中为了获得纳米或深亚微米尺度的有序结构，这些掩模或刻写技术仍受到很大的挑战。
三、发明内容
1、发明目的：本发明的目的是提供一种制备工艺简单、成本低、性能优越的表面等离激元晶体及其制备方法。
2、技术方案：本发明所述的表面等离激元晶体，其特征是：它是由二维周期有序排列并相互接触的等径介质微球衬底和沉积在衬底表面上的金属半球壳膜组成。
所述介质微球衬底的直径为200nm～10μm，尺寸分散性小于5％，其材料为二氧化硅、或聚苯乙烯、或者在相应的光波段透明介质的等径微球。
所述介质微球衬底在平面内相互接触而组成二维六角或二维正方点阵。
覆盖在微球表面上的金属半球壳膜具有二维有序的微孔阵列，金属半球壳膜的材料可以是金、银、铂、铝、铜、铬、或镍光吸收小的金属材料，在介质微球衬底面上的顶点处金属膜厚度在15nm～150nm之间。
本发明所述的表面等离激元晶体的制备方法，其特征是：该方法包括以下步骤：
(1)通过自组装技术(例如，专利ZL031319890)或者其他的技术，将亚微米/微米介质微球排列成高度有序的二维微球阵列，微球之间相互接触；
(2)利用物理气相沉积方法，在介质微球表面沉积金属纳米颗粒，直至微球表面的沉积量增加到使得金属颗粒形成连续的金属半球壳膜。
在步骤(2)中，所说的物理气相沉积方法为高真空镀膜方法、金属热蒸发镀膜方法、磁控溅射方法、激光脉冲沉积法、或原子层沉积方法。
本发明所述表面等离子体晶体是一种具有调制结构的金属/介质界面体系，其中金属膜具有三角形微孔有序阵列，并且金属薄膜随着由介质微球组成的有序阵列周期性起伏形成准三维金属网络结构。
3、有益效果：与现有制备表面等离激元晶体技术相比，本发明具有以下突出优点：(1)对设备要求不高，制备工艺简单，成本低廉。(2)可以制备大面积的表面等离激元晶体，这将满足此类材料在未来应用上的大批量需求。(3)等离基元晶体的周期取决于其基底的介质微球的粒径尺寸，因而通过选用适当尺寸的介质微球，可易将空间结构调制尺度控制在亚波长以下。(4)利用这种方法制备的等离基元晶体，其基元是由介质微球及其表面的金属半球壳组成，使得其光学性能既有以往表面等离激元晶体的透射增强效应，又有其特有的色散等光学性质。
四、附图说明
图1是由相互接触的等径介质微球及沉积在其表面上的金属半球壳组成的表面等离激元晶体的结构示意图。
图2是以由相互接触的等径二氧化硅微球二维阵列为衬底，并由金属半球壳组成的表面等离激元晶体的扫描电子显微镜照片。
图3是去除二氧化硅微球阵列后，由相互连接的金属半球壳组成的金属簿膜的扫描电子显微镜照片。
五、具体实施方式
实施例1：本实例选用单分散二氧化硅微球，二氧化硅微球直径为1580nm。首先采用借助微通道内的表面张力(参见微球自组织技术，专利ZL 03 1 31989.0)，将微球排列成六角密堆阵列。然后采用高真空氩离子束溅射方法，在微球表面沉积一层金膜，金颗粒的沉积量控制在使得金壳层顶点厚度为25nm。由于在每个二氧化硅微球都被覆盖了一个半球形的金纳米壳层，从而形成半球形的壳层金属相互连接，从而形成由相互接触的等径二氧化硅微球及沉积在其表面上的金半球壳组成的表面等离激元晶体。
实施例2：本实施例与实施例1基本上相同，但选用的目标靶材是直径为20mm，厚度在2mm左右的圆形银块。因此形成了由相互接触的等径二氧化硅微球及沉积在其表面上的银半球壳组成的表面等离激元晶体，物理气相沉积方法为金属热蒸发镀膜方法。
实施例3：本实施例与实施例1基本上相同，但作为衬底的介质微球阵列选用聚苯乙烯微球二维有序阵列，所获得的是由相互接触的等径聚苯乙烯微球及沉积在其表面上的铬半球壳组成的表面等离激元晶体，在介质微球衬底面上的顶点处金属膜厚度为150nm，物理气相沉积方法为激光脉冲沉积法。
实施例4：本实施例与实施例1基本上相同，但作为衬底的介质微球阵列选用聚苯乙烯微球二维有序正方点阵阵列，介质微球衬底的直径为10μm，尺寸分散性小于5％。所获得的是由相互接触的等径聚苯乙烯微球及沉积在其表面上的铂半球壳组成的表面等离激元晶体，在介质微球衬底面上的顶点处金属膜厚度为15nm，物理气相沉积方法为原子层沉积方法。
实施例5：本实施例与实施例1基本上相同，但作为衬底的介质微球阵列选用在相应的光波段透明介质的等径微球。微球二维有序正方点阵阵列，介质微球衬底的直径为10μm，尺寸分散性小于5％。沉积在其表面上的金属材料是金属半球壳膜的材料可以是铝、或铜、或铬、或镍等光吸收小的金属材料，在介质微球衬底面上的顶点处金属膜厚度为100nm，物理气相沉积方法为高真空镀膜方法。
Claims (9)
1、一种表面等离激元晶体，其特征是：它是由二维有序排列并相互接触的等径介质微球衬底和沉积在衬底表面上的金属半球壳膜组成。
2、根据权利要求1所述的一种表面等离激元晶体，其特征是：所述介质微球衬底的直径为200nm～10μm。
3、根据权利要求1或2所述的一种表面等离激元晶体，其特征是：所述介质微球衬底的材料为二氧化硅、或聚苯乙烯、或者是在表面等离激元晶体工作的光波段透明的介质材料。
4、根据权利要求1或2所述的一种表面等离激元晶体，其特征是：所述介质微球衬底在平面内相互接触而组成二维六角或二维正方点阵。
5、根据权利要求1所述的一种表面等离激元晶体，其特征是：覆盖在微球表面上的金属半球壳膜具有二维有序的微孔阵列。
6、根据权利要求1或5所述的一种表面等离激元晶体，其特征是：金属半球壳膜的材料可以是金、银、铝、铂、铜、铬、镍金属材料。
7、根据权利要求1或2所述的一种表面等离激元晶体，其特征是：在介质微球衬底面上的顶点处金属膜厚度在15nm～150nm之间。
8、一种表面等离激元晶体的制备方法，其特征是：该方法包括以下步骤：
(1)将亚微米/微米介质微球排列成高度有序的二维微球阵列，微球之间相互接触；
(2)利用物理气相沉积方法，在介质微球表面沉积金属纳米颗粒，直至微球表面的沉积量增加到使得金属颗粒形成连续的金属半球壳膜。
9、根据权利要求8所述的表面等离激元晶体的制备方法，其特征是：在步骤(2)中，所说的物理气相沉积方法为高真空镀膜方法、金属热蒸发镀膜方法、磁控溅射方法、激光脉冲沉积法、或原子层沉积方法。
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Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101814562A (zh) * | 2010-04-21 | 2010-08-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种具有二维光子晶体的发光二极管 |
| CN101551330B (zh) * | 2009-05-15 | 2010-12-08 | 南京大学 | 一种表面等离激元晶体传感器及其制备方法 |
| CN102103222A (zh) * | 2009-12-18 | 2011-06-22 | 乐金显示有限公司 | 用于制造使用表面等离激元的滤色器和液晶显示器的方法 |
| CN101620290B (zh) * | 2008-06-30 | 2012-03-07 | 中华映管股份有限公司 | 彩色导光板以及液晶显示装置 |
| CN102341524B (zh) * | 2009-03-05 | 2013-10-16 | 马克思-普朗克科学促进协会 | 金属膜中高度有序的纳米孔阵列及其制作方法 |
| CN104192789A (zh) * | 2014-08-25 | 2014-12-10 | 华中科技大学 | 一种纳米/微米金膜及其制备方法 |
| US9132445B2 (en) | 2009-03-05 | 2015-09-15 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V. | Highly ordered arrays of nanoholes in metallic films and methods for producing the same |
| CN105671550A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-06-15 | 陕西科技大学 | 一种饱和度可调控的SiO2胶体晶体彩虹膜的制备方法 |
| CN105714291A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-06-29 | 陕西科技大学 | 一种呈色绚丽的SiO2胶体晶体彩虹膜的制备方法 |
| CN105714290A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-06-29 | 陕西科技大学 | 一种低角度依赖高饱和度蓝色SiO2胶体晶体膜的制备方法 |
| CN106958006A (zh) * | 2017-04-10 | 2017-07-18 | 江西科技师范大学 | 多元合金非紧密排列球形纳米颗粒阵列的制备方法 |
| CN108004590A (zh) * | 2017-12-12 | 2018-05-08 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 纳米多孔表面等离激元晶体及其制备方法 |
| 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 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1216678C (zh) * | 2003-06-25 | 2005-08-31 | 南京大学 | 毛细吸引下的胶体微球自组装制备二维、三维胶体晶体的方法 |
| CN100359030C (zh) * | 2003-07-28 | 2008-01-02 | 南京大学 | 由空心金属球构成的二维、三维有序纳米结构金属材料及制备方法 |
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2006
- 2006-04-12 CN CNB2006100394780A patent/CN100465345C/zh not_active Expired - Fee Related
Cited By (16)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101620290B (zh) * | 2008-06-30 | 2012-03-07 | 中华映管股份有限公司 | 彩色导光板以及液晶显示装置 |
| CN102341524B (zh) * | 2009-03-05 | 2013-10-16 | 马克思-普朗克科学促进协会 | 金属膜中高度有序的纳米孔阵列及其制作方法 |
| US9132445B2 (en) | 2009-03-05 | 2015-09-15 | Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V. | Highly ordered arrays of nanoholes in metallic films and methods for producing the same |
| CN101551330B (zh) * | 2009-05-15 | 2010-12-08 | 南京大学 | 一种表面等离激元晶体传感器及其制备方法 |
| CN102103222A (zh) * | 2009-12-18 | 2011-06-22 | 乐金显示有限公司 | 用于制造使用表面等离激元的滤色器和液晶显示器的方法 |
| CN102103222B (zh) * | 2009-12-18 | 2013-06-05 | 乐金显示有限公司 | 用于制造使用表面等离激元的滤色器和液晶显示器的方法 |
| CN101814562B (zh) * | 2010-04-21 | 2013-05-29 | 哈尔滨工业大学 | 一种成本低的具有二维光子晶体的发光二极管 |
| CN101814562A (zh) * | 2010-04-21 | 2010-08-25 | 哈尔滨工业大学 | 一种具有二维光子晶体的发光二极管 |
| CN104192789A (zh) * | 2014-08-25 | 2014-12-10 | 华中科技大学 | 一种纳米/微米金膜及其制备方法 |
| CN104192789B (zh) * | 2014-08-25 | 2016-04-20 | 华中科技大学 | 一种纳米/微米金膜及其制备方法 |
| CN105671550A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-06-15 | 陕西科技大学 | 一种饱和度可调控的SiO2胶体晶体彩虹膜的制备方法 |
| CN105714291A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-06-29 | 陕西科技大学 | 一种呈色绚丽的SiO2胶体晶体彩虹膜的制备方法 |
| CN105714290A (zh) * | 2016-02-03 | 2016-06-29 | 陕西科技大学 | 一种低角度依赖高饱和度蓝色SiO2胶体晶体膜的制备方法 |
| CN106958006A (zh) * | 2017-04-10 | 2017-07-18 | 江西科技师范大学 | 多元合金非紧密排列球形纳米颗粒阵列的制备方法 |
| CN108004590A (zh) * | 2017-12-12 | 2018-05-08 | 中国工程物理研究院激光聚变研究中心 | 纳米多孔表面等离激元晶体及其制备方法 |
| 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 |
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