一种用于电磁场增强的纳米阵列及其制备方法和应用

本发明属于微纳结构合成制备领域，具体涉及一种用于电磁场增强的纳米阵列及其制备方法和应用。

背景技术：

1、表面等离激元共振效应(spr)是电子在一定外场作用下，于金属表面产生集体振荡产生的。spr引发了一些有趣的物理现象，如超光传输(eot)、光捕获和热点。这些物理现象延伸出了光学传感、成像等应用。

2、表面增强拉曼散射(sers)可以显著增强分子的拉曼散射光谱强度，因此，它有望成为一种超灵敏和精确的检测技术，应用于化学、生物科学、材料、环境等领域。然而，在许多情况下，定量sers受到难以获得均匀且可重复的sers信号的限制。非均匀sers芯片，以及测量参数(如聚焦深度和激光功率)的变化导致信号存在波动。结构不均匀的sers基底会导致热点分布不均匀，信号均匀性差，最终难以定量检测。不同的操作人员、不同的拉曼光谱仪、不同的测试地点和时间容易出现测量参数的波动，这导致拉曼测量的不确定性很大。在现场检测或测试时，所测拉曼信号的波动可达1至2个数量级，无法进行定量分析。近20年间人们努力开发不同的纳米结构，以实现更强的表面等离激元共振，提高应用前景。常见的纳米粒子和纳米孔阵列等平面金属薄膜等离子体模型的制备已经趋于成熟，在sers等领域展示出不错的性能。试图克服定量sers的上述障碍。

3、在现场测试中，往往涉及不同的操作员，不同的拉曼光谱仪，不同的测试地点和时间，有着高度分散的变量。如何得到准确定量的sers检测，仍然是sers实际应用的瓶颈。

技术实现思路

1、本发明针对当下纳米结构制造技术的不足，提出了一种简单、稳定、高效的纳米三角、纳米台以及纳米锥周期性阵列的制备方法；获得纳米级别，表面等离子激元增强更明显的纳米三角、纳米台以及纳米锥结构，制得的结构具有大面积内可控，均匀、有序、可重复等特点，在局域表面等离子激元共振等方面展示出优异性能。

2、为了实现上述目的，本发明采用以下方案：一种用于电磁场增强的纳米阵列的制备方法，包括以下步骤：

3、(a)在表面具有亲水性的si衬底上利用排水法得到密排ps小球阵列，其中ps小球直径为500nm；

4、(b)进行反应离子刻蚀，用小球做掩模版，刻蚀所用气体为sf6，气体流量为65sccm，工作压强为17pa，刻蚀功率为200w，刻蚀时间为30～150s，移除小球；

5、(c)在纳米三角周期性阵列上沉积一层30～150nm厚度的银膜，得到用于电磁场增强的纳米阵列。

6、优选的，步骤(b)中，刻蚀时间为30s；移除小球后，si衬底上出现周期排列的纳米三角，纳米三角之间相互连接；

7、步骤(c)中，沉积一层50nm厚度的银膜；得到用于电磁场增强的纳米阵列为纳米三角周期性阵列，所述纳米三角周期性阵列包含自身共振腔和三个角的尖端。

8、优选的，步骤(b)中，刻蚀时间为70s；移除小球后，si衬底上出现周期排列的纳米台，纳米台之间相互连接；

9、步骤(c)中，沉积一层50nm厚度的银膜；得到用于电磁场增强的纳米阵列为纳米台周期性阵列，所述纳米台周期性阵列包含自身共振腔和纳米台顶部六个角的尖端。

10、优选的，步骤(b)中，刻蚀时间为130s；移除小球后，si衬底上出现周期排列的纳米锥；

11、步骤(c)中，沉积一层50nm厚度的银膜；得到用于电磁场增强的纳米阵列为纳米锥周期性阵列，所述纳米锥周期性阵列包含自身共振腔和锥顶部尖端。

12、本发明还提供一种应用所述纳米阵列进行增强拉曼散射，将用于电磁场增强的纳米阵列浸泡4-mba溶液后，在1575cm-1和1073cm-1处出现两个sers峰。

13、本发明还提供一种用于电磁场增强的纳米阵列，所述用于电磁场增强的纳米阵列的光敏范围为470纳米到740纳米。

14、本发明还提供一种用于电磁场增强的纳米阵列在光伏、光催化和光驱动海水淡化上的应用。

15、在本发明中，制备了一种纳米三角、纳米台以及纳米锥周期性阵列，该阵列具有大面积内可控，均匀、有序、可重复等特点，制备方法成本低、周期短、重复性高、简单易实现，为后续纳米结构的制备拓宽了空间。

技术特征：

1.一种用于电磁场增强的纳米阵列的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.如权利要求1所述的一种用于电磁场增强的纳米阵列的制备方法，其特征在于，

3.如权利要求1所述的一种用于电磁场增强的纳米阵列的制备方法，其特征在于，

4.如权利要求1所述的一种用于电磁场增强的纳米阵列的制备方法，其特征在于，

5.应用如权利要求4所述的制备方法制备得到的一种用于电磁场增强的纳米阵列进行增强拉曼散射，其特征在于，

6.如权利要求4所述的制备方法制备得到的一种用于电磁场增强的纳米阵列，其特征在于，所述用于电磁场增强的纳米阵列的光敏范围为470纳米到740纳米。

7.如权利要求6所述的一种用于电磁场增强的纳米阵列在光伏、光催化和光驱动海水淡化中的任意一项上的应用。

技术总结本发明属于微纳结构合成制备领域，提供了一种用于电磁场增强的纳米阵列及其制备方法和应用。本发明通过PS小球自组装技术、反应离子刻蚀技术与磁控溅射技术相结合。制备出了新颖规则有序的纳米三角、纳米台以及纳米锥周期性阵列。该方法可以通过调整PS小球的尺寸、反应离子刻蚀的时间、镀膜厚度得到不同尺寸的纳米三角、纳米台以及纳米锥阵列。此制备方法简单易实现，所得纳米三角、纳米台以及纳米锥周阵列具有均匀、有序、可重复性强等优点，可以在SERS芯片、光电性能检测等领域大规模复制应用。技术研发人员：赵晓宇,任贺星,王奥昉,温嘉红,高稔现,张丰艺,张坤,王雅新,孔哲,张永军受保护的技术使用者：杭州电子科技大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11