一种高度有序并且呈轴对称的纳米周期性结构的制备方法与流程

本发明属于纳米结构转换和复合材料合成技术领域，具体涉及设计并制备一种高度有序并且呈轴对称的纳米周期性结构。

技术背景

表面等离子体调节控制化学反应在等离子体化学的研究有着广泛的应用前景。表面等离子体的独特的物理效应，这是这些物理效应是基于纳米材料物理结构的改变。磁控溅射是改变已有结构的手段之一。通过调节溅射条件改变纳米材料结构的几何参数以此来增强纳米材料的光学性能。同时，采用等离子辅助化学来调控电场强度从而在特定位置进行生长纳米粒子，有助于对光学性能进一步提高。因为局域表面等离子体的分布区域非常集中并且能量较高，特别适合在纳米尺度去操控化学反应的进行。基于局域表面等离子体的分布对其结构非常敏感，所以研究者们一直致力于通过改变结构达到对微观结构实现调控。

技术实现要素：

本发明以au纳米碗为基础结构，通过入射光对金纳米碗的热点分布进行调控，实现了银纳米粒子生长位置和大小的可控，并且制备出了高度有序、定域生长银纳米粒子组成的纳米环状周期结构。

本发明制备方法的具体步骤如下：

1)采用自组装方法制备的高度有序的聚苯乙烯小球阵列；

1a)清洗硅片。将硅片并放入烧杯中，在烧杯中分别加入体积比为1:2:6的氨水、过氧化氢和去离子水的混合溶液中。将烧杯放在烤焦台上加热至沸腾，并保持5～10min，冷却后将液体倒出，依次用去离子水，无水乙醇反复超声15min。

1b)制备六方密排的聚苯乙烯小球阵列。将直径500nm聚苯乙烯小球和无水乙醇的按照体积比为1:1混合，再通过超声处理使聚苯乙烯小球均匀分散，用移液枪将聚苯乙烯小球分散液滴在大块的硅片，使分散液均匀分布在硅片上，将大硅片缓慢倾斜的滑入液面平稳的器皿中，在水面上形成密排的聚苯乙烯小球阵列，最后用清洗后的硅片将浮在水面上的小球阵列缓慢的捞起来，吸水干燥后备用。

2)利用等离子体刻蚀机对高度有序的聚苯乙烯小球阵列进行刻蚀1min，蚀刻气体为体积比为o2:ar＝4:1的混合气体，经过刻蚀聚苯乙烯小球的直径由500nm减小到460nm，然后进行胶体粒子分离，将经过刻蚀聚苯乙烯小球阵列分离出来；

3)利用磁控溅射垂直在其表面溅射320nm的金属材料在聚苯乙烯小球阵列表面形成球状包覆的阵列结构。本实施例中以au为例，在溅射功率为25w，真空度为2×10^-4的高真空条件下，通入氩气流量为20sccm，垂直于经过刻蚀聚苯乙烯小球阵列进行溅射，溅射时间8min，本实施例中得到au也可以使用ag或是其他金属材料替换，但相应的溅射条件也将来发生改变。

4)利用胶带将溅射完成的样品转移到胶带表面，使小孔朝上，露出部分聚苯乙烯小球；

5)把粘贴得到的胶带样品放入四氢呋喃溶液中，将聚苯乙烯小球溶解去除，得到粘附在胶带上的纳米碗样品；

6)将大小为2×2cm²纳米碗样品倒置放入到硝酸银1×10^-2mol/l和柠檬酸钠3.5×10^-3mol/l的混合溶液中，并进行光照。光源为白色led灯，功率为3w，距离样品的距离为5cm，光照反应时间为5min，最终得到一种高度有序并且呈轴对称的纳米周期性结构。

本发明的有益效果：

该周期结构的制备不同于传统的物理方法和化学腐蚀方法，是一种全新的纳米周期结构制备的方法，创新性的通过刻蚀与溅射相结合将局域表面等离子体应用在结构制备上。该制备方法有望应用于更多有趣的周期结构的制备。

附图说明

图1刻蚀的纳米坛子结构

图2金纳米坛子坛颈处生成的六轴对称结构

具体实施方式

本结构制备方法的具体步骤如下：

1)采用自组装方法制备的高度有序的聚苯乙烯小球阵列；

1a)清洗硅片。将硅片并放入烧杯中，在烧杯中分别加入体积比为1:2:6的氨水、过氧化氢和去离子水的混合溶液中。将烧杯放在烤焦台上加热至沸腾，并保持5～10min，冷却后将液体倒出，依次用去离子水，无水乙醇反复超声15min。

1b)制备六方密排的聚苯乙烯小球阵列。将直径500nm聚苯乙烯小球和无水乙醇的按照体积比为1:1混合，再通过超声处理使聚苯乙烯小球均匀分散，用移液枪将聚苯乙烯小球分散液滴在大块的硅片，使分散液均匀分布在硅片上，将大硅片缓慢倾斜的滑入液面平稳的器皿中，在水面上形成密排的聚苯乙烯小球阵列，最后用清洗后的硅片将浮在水面上的小球阵列缓慢的捞起来，吸水干燥后备用。

2)利用等离子体刻蚀机对高度有序的聚苯乙烯小球阵列进行刻蚀1min，蚀刻气体为体积比为o2:ar＝4:1的混合气体，经过刻蚀聚苯乙烯小球的直径由500nm减小到460nm，然后进行胶体粒子分离，将经过刻蚀聚苯乙烯小球阵列分离出来；

3)利用磁控溅射垂直在其表面溅射320nm的金属材料在聚苯乙烯小球阵列表面形成球状包覆的阵列结构。本实施例中以au为例，在溅射功率为25w，真空度为2×10^-4的高真空条件下，通入20sccm的ar，垂直于经过刻蚀聚苯乙烯小球阵列进行溅射，溅射时间8min，本实施例中得到au也可以使用ag或是其他金属材料替换，但相应的溅射条件也将来发生改变。

4)利用胶带将溅射完成的样品转移到胶带表面，使小孔朝上，露出部分聚苯乙烯小球

5)把粘贴得到的胶带样品放入四氢呋喃溶液中，将聚苯乙烯小球溶解去除；得到粘附在胶带上的纳米碗样品(如图1所示)；

6)将大小为2×2cm²纳米碗样品倒置放入到硝酸银1×10^-2mol/l和柠檬酸钠3.5×10^-3mol/l的混合溶液中，并进行光照。光源为白色led灯，功率为3w，距离样品的距离为5cm，光照反应时间为5min，最终得到一种高度有序并且呈轴对称的纳米周期性结构(如图2所示)。