一种银纳米花结构及其制备方法和应用

本发明涉及纳米结构加工，尤其是涉及一种银纳米花结构及其制备方法和应用。

背景技术：

1、表面增强拉曼散射(sers)是一种基于金属纳米结构表面的光学现象，能够极大地增强分子的拉曼散射信号。sers已经在许多领域取得了显著的成功，包括分子生物学、化学传感和环境分析。其高灵敏度和选择性使其成为检测和分析微量分子的强大工具。在sers应用中，银纳米颗粒因其优越的光学性质而成为sers研究中的热门材料。其表面等离激元共振效应导致了极高的sers增强因子，使得银纳米颗粒成为提高sers信号强度的理想选择。此外，银纳米颗粒的可调控性和生物相容性也为其在生物医学领域的sers应用提供了广泛的可能性。

2、在sers中，基于纳米结构进行分子检测的效果主要取决于基底的形貌和由贵金属(如金和银)制成的纳米结构的几何形状，拉曼信号对衬底上金属纳米结构的排列、几何形状和尺寸都非常敏感，为了实现sers中所需的精确结构排列和几何形状，采用了各种纳米制造技术，包括电子束光刻、激光干涉光刻、uv光刻等，这些技术有助于实现高度均匀和一致的图案排列，从而提供增强的拉曼信号。但是，这些方法也存在一些缺点，例如成本较高、步骤繁琐、受限于特定材料、需要直接接触样品表面、不适合大规模制备等。

3、另外，目前的银纳米颗粒制备方法往往涉及多步骤和昂贵的材料，限制了其在实际应用中的广泛推广。例如，化学还原法，大多采用硼氢化钠等还原剂将银离子还原成纳米颗粒，实验中通常需要高温加热以及ph值的调节等复杂步骤，往往也伴随着较高的成本；溶剂热法，需要将硝酸银溶液与有机溶剂混合，在高温高压下进行反应，操作复杂度较高；光化学法，通过激光诱导引发光化学还原，生成银纳米颗粒，这种方法通常对光源的选择、参数的设置比较敏感，反应条件难以精确地控制。而电化学沉积法具有较高的可控性、均匀性，相比其他制备方法，处理成本低、操作简单，无需昂贵的设备和高温处理。

4、但是，现有技术在使用电化学沉积法制备纳米结构时，工作电极往往选用氧化铟锡(ito)导电玻璃、纳米多孔阳极氧化铝(aao)模板或者一些较为昂贵的金属，例如铜、金等，这些不仅需要复杂的制备和处理方法，还需要更昂贵的材料。此外，单纯使用电化学沉积法制备纳米结构存在纳米结构周期性差，限制了其表面积和光学性能的提高。

5、鉴于此，特提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种银纳米花结构及其制备方法和应用，该方法通过依次对不锈钢滤网进行飞秒激光加工和电化学沉积的处理在不锈钢滤网表面构建纳米花结构，不仅提高了对银纳米花结构形貌的可调控性，而且极大地简化了制备流程，降低了操作的技术难度和制备成本。

2、第一方面，本发明提供一种银纳米花结构的制备方法，包括以下步骤：

3、s1、通过飞秒激光加工技术，在不锈钢滤网表面构建周期性纳米条纹；

4、s2、采用电化学沉积技术，在不锈钢滤网周期性纳米条纹表面制备银纳米花结构。

5、本发明首先通过飞秒激光加工技术对不锈钢滤网表面的微纳结构进行定向调控，并在不锈钢滤网表面形成具有周期性的纳米条纹，以为电化学沉积创造更为理想的衬底条件，提高电化学沉积过程中纳米颗粒沉积的均匀性，提高不锈钢滤网表面银纳米花结构的比表面积和光学性能，进而提高该纳米花结构在拉曼检测过程中，拉曼测试的信号强度，从而达到更低的检测极限。其中，飞秒激光加工技术具有较好的材料适应性、无需样品直接接触、不需要光刻胶或感光材料，有助于简化制备流程、提高效率和降低成本；而恒压电化学沉积技术，不仅成功实现了不锈钢滤网上制备银纳米花结构的目标，而极大地简化了制备流程，降低了操作的技术难度。

6、因此，本发明通过依次对不锈钢滤网进行飞秒激光加工和电化学沉积的处理在不锈钢滤网表面构建银纳米花结构，不仅提高了对银纳米花结构形貌的可调控性，而且极大地简化了制备流程，降低了操作的技术难度和制备成本，在表面增强拉曼散射检测领域中具备广泛的应用前景。

7、作为本技术方案优选地，本发明在使用飞秒激光技术对不锈钢滤网进行加工时，飞秒激光的中心波长优选为800nm，重复频率为0.5-2khz，并优选为1khz。

8、此外，在飞秒激光加工时，进一步优选地，设定加工功率为3-5mw，并优选为4mw，扫描速度为0.1-2mm/s，并优选为1mm/s，扫描间距为0.03-0.06mm，并优选为0.05mm，加工区域为5mm×5mm。

9、作为本技术方案优选地，本发明所使用不锈钢滤网的目数为300-500目，并优选为400mm。以不锈钢滤网作为衬底，利用飞秒激光进行加工，不仅可在其表面产生亚波长周期条纹结构，而且在后续的电化学沉积过程中，以不锈钢滤网替代氧化铟锡导电玻璃、纳米多孔阳极氧化铝模板或铜、金等昂贵金属作为工作电极，不仅能够实现银纳米花结构的制备，而且更具经济性和实用性。

10、作为本技术方案优选地，在进行电化学沉积之前，将飞秒激光处理后的不锈钢滤网依次置于丙酮、乙醇和去离子水中分别进行超声清洗；将电化学沉积所使用的pt电极依次置于乙醇和去离子水中分别进行超声清洗，其中，本发明对超声清洗的频率和时间不做严格限定，频率可选择100-2000hz之间的任意数值，时间根据频率的选择不同而不同，例如可控制在2-20min之间的任意数值。

11、作为本技术方案优选地，本发明在所述电化学沉积时，阳极优选为pt电极，而阴极为飞秒激光处理后的不锈钢滤网，而对于电解液，本发明对其种类不做严格限定，可根据拟要沉积金属的种类进行选择，例如，当需要制备的是银纳米花或银纳米颗粒结构时，电解液优选为硝酸银溶液，且硝酸盐溶液的浓度为0.05-0.2mm。

12、作为本技术方案优选地，步骤s2中，在所述电化学沉积时，沉积电压为3-7v之间的任意数值，并优选为5v，沉积时间为40-80min之间的任意数值并优选为60min；

13、最后，在电化学沉积完成后，取出不锈钢滤网，并用去离子水冲洗若干次，自然风干，即可得到表面为纳米花结构的不锈钢滤网样品。

14、第二方面，本发明还提供了根据上述制备方法制备得到的银纳米花结构，也理应属于本发明的保护范围。

15、第三方面，本发明还提供了上述纳米花结构在表面增强拉曼散射检测技术中的应用，其具体检测领域包括分子生物学、化学传感和环境分析等，检测技术具体包括以下步骤：于纳米花结构的表面滴加待测溶液，干燥后，使用拉曼光谱仪原位收集拉曼信号，测试待测溶液的光谱强度。

16、具体地，在拉曼光谱仪测试时，可根据待测物质的不同选择不同的测试条件，例如，在对罗丹明溶液进行测试时，可控制激光功率为2-3mw，积分时间为30-70ms，平均扫描次数为10-30次，具体可根据待测溶液的浓度进行选择。

17、本发明银纳米花结构的制备方法，至少具有以下有益效果：

18、本发明首先通过飞秒激光加工技术对不锈钢滤网表面的微纳结构进行定向调控，并在不锈钢滤网表面形成具有周期性的纳米条纹，以为电化学沉积创造更为理想的衬底条件，提高电化学沉积过程中纳米颗粒沉积的均匀性，提高不锈钢滤网表面银纳米花结构的比表面积和光学性能，进而提高该纳米花结构在拉曼检测过程中，拉曼测试的信号强度，从而达到更低的检测极限。因此，本发明通过依次对不锈钢滤网进行飞秒激光加工和电化学沉积的处理在不锈钢滤网表面构建银纳米花结构，不仅提高了对银纳米花结构形貌的可调控性，而且极大地简化了制备流程，降低了操作的技术难度和制备成本，在表面增强拉曼散射检测领域中具备广泛的应用前景。