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探讨六方周期Au孔洞结构的表征及制备
摘要：表面等离激元器件的应用极大扩展了传统光学器件不能达到的极限,为了满足对表面等离激元器件的需求,我们需要探索出能够大面积、低成本制备表面等离激元器件的方法。本文利用聚苯乙烯纳米球自组装方法,在多层介质材料基底上制备了六方周期Au纳米孔洞结构,实现了低成本、大面积的制备表面等离激元器件。所制备的表面等离激元Au纳米孔洞器件可以应用在表面增强拉曼光谱研究、生物医学传感、超限分辨成像等领域。
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近二十年来,各种纳米制备技术的快速发展使得科研人员能够制备更加精细的纳米结构,从而在亚波长尺度上研究光与物质的相互作用[1]。将入射光局域在亚波长尺度的金属表面,并与金属表面自由电子发生耦合产生沿表面传播的电磁波的现象既为表面等离激元共振[2]。与传统的光学器件不同,表面等离激元能够突破衍射极限使得传输电磁波达到无与伦比的增强和聚焦效果。当前,人们利用表面等离激元的特殊性质制备了包括表面增强荧光检测仪、生物蛋白检测仪、超分辨成像仪等[3,4,5]。
目前,表面等离激元器件制备大多采用干涉光刻、离子束刻蚀、电子束曝光[6],这些制备方法虽然制备精度能到纳米级,但这些制备技术需要用到高端制造设备,采用以上方法制备纳米器件成本高、效率低,不适合工业化大面积生产。本文采用PS小球自组装技术,在Ce:YIG/YIG/Si三层介质基底上制备了周期为550nm,孔洞直径为340nm左右的六方周期Au孔洞结构,并利用SEM和AFM表征样品表面形貌。
1、Au纳米孔洞结构制备
利用脉冲激光沉积技术在双抛Si基片表面沉积一层大约50nm厚的YIG材料,利用快速退火使得YIG结晶;然后再利用PLD在YIG种子层上沉积一层约65nm的Ce:YIG材料。如图1所示,Ce:YIG/YIG/Si三层介质基底制备完成后,经过以下步骤制备六方周期Au纳米孔洞结构:
图1Au纳米孔洞结构制备过程
首先,在Ce:YIG/YIG/Si三层介质基底上排布直径约为550nm的PS纳米球,再利用氧等离子体刻蚀PS小球,通过控制氧等离子体刻蚀时间和刻蚀速率得到直径约为340nm的六方周期纳米球阵列。然后,利用热蒸发技术,沉积厚度大约为40nm的Au。最后,利用甲苯溶液洗去PS纳米球,得到六方周期Au孔洞结构。
2、Au纳米孔洞结构SEM表征
图2六方周期Au纳米孔洞结构表面SEM
图2显示了利用PS纳米球自组装法制备的六方周期Au孔洞结构表面SEM图,从图中可以看到制备的纳米孔洞结构表面均匀,且实现大面积制备,孔洞直径直径大约在340nm,符合最初的设计尺寸。利用PS小球自组装法得到的表面等离激元器件,具有大面积制备、成本低的特点,适合应用于工业化生产。
3、Au纳米孔洞结构AFM表征
图3显示了六方周期Au纳米孔洞结构的AFM图,从图中可以看出,在2微米的范围内Au孔洞结构深度大约为40nm,同时可以观察到Au孔表面较为光滑,粗糙度低,说明利用自组装法得到的六方周期孔洞质量较高。
图3六方周期Au纳米孔洞结构表面AFM
4、结论
本文利用PS小球自组装法在Ce:YIG/YIG/Si三层介质基底上制备了表面均匀整洁的六方周期Au纳米孔洞结构,通过控制氧等离子体刻蚀PS小球的速率和时间可以制备出不同直径的六方周期性孔洞结构,采用该方法可以大面积低成本的制备出高质量的表面等离激元器件,为实现工业化生产奠定基础。
杨润.六方周期Au孔洞结构制备与表征方法研究[J].科技风,2020(18):33.
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多孔材料广泛应用于过滤、分离、纯化、萃取、冷却、干燥和催化等领域，包括材料科学、工程、力学、地球科学和生物学等。沸石、黏土、陶瓷和木炭等许多常见的物质都是重要的多孔材料，其主要特征就是相互连通和永久性的孔道。沸石是在无机化学领域应用非常广泛的材料之一，作为一种具有很大商业价值的材料，它在气体分离和工业催化等领域有非常重要的应用。
2024-11-13
无机化学课程在高校化学的课堂教学中第一门公共基础课程,对于理工科学科,尤其是食品酿造学科的本科应用技术型大学,无机化学实验课程是一门必修基础课程[1]。对于公共基础课程存在着学生层次不同,内容设置单一和、专业特色不明显以及评价体系难以量化,不能充分发挥实验课程优势,难以激发学生积极性和主动性,不能很好引导学生将理论知识与实践充分结合[2]。
2020-09-15
本文将“雨课堂”与《无机及分析化学》课程相融合，通过“雨课堂”这个有效的教学平台实现了优秀教育资源的共享，使教师与学生展开了有效的课前、课中和课后互动，提升课程的教学效果，使学生能够扎实的掌握《无机及分析化学》的基础知识，为后续课程的学习提高有力的保障。
2020-09-09
基于《无机及分析化学》理论课程开设的《无机及分析化学实验》旨在加深学生对无机及分析化学基本理论的理解，更系统地学习、理解无机化学与分析化学实验的基本知识、基本操作和基本技能，养成严谨的、实事求是的科学态度，初步掌握实验研究的方法，为学习后续课程和将来从事实际工作打下良好的基础[1,2]。
2020-09-09
半导体光催化技术因其仅利用太阳能作为能源来降解污染物而被认为是一种很有前途的解决环境污染问题的技术。尽管人们对TiO2、ZnO和WO3等半导体做了大量研究，但这些半导体的光催化效率仍低于商业化所需的效率。限制效率的因素包括：(1)对太阳光不能完全吸收利用；(2)催化剂的稳定性差；(3)快速的电子-空穴复合速率；(4)缓慢的表面氧化还原反应速率。
2020-09-05
在过去的30年中，锂离子电池已广泛应用于便携式电子设备当中，并在近年来扩展到大型储能电站和电动汽车等应用领域。但是，锂离子电池在这些新的应用场景中需要在能量密度、安全性和使用寿命上满足更高的要求。石墨类碳材料作为最常见的商业化的负极材料，其较低的嵌锂电位会导致电池负极表面析锂现象的产生，从而给电池带来安全上的隐患；同时，石墨材料较低的比容量也限制了电池能量密度的进一步提高。
2020-09-05
稀土配位聚合物的合成与性质研究是当前稀土配位化学研究的热点领域之一，这类配合物在光致发光、电致发光、荧光探针、磁性、吸附、催化等材料领域具有潜在的应用价值。铕和铽在稀土配合物发光材料方面是应用最多的2种元素，一方面这2种元素三价离子的发光处于可见光区，分别能发射三基色中的红色和绿色光；另一方面，使用它们作为配位中心离子时，理论上可得到内量子发光效率非常高的发光材料。
2020-09-05
金属配合物由于其独特组装结构，在催化剂、传感器、气体吸附、发光材料、抗癌药物和抗菌等方面都有潜在的应用价值，因此一直以来都受到广泛的关注。含有吡啶基团的酰腙Schiff碱化合物，由于吡啶环上的氮原子的亲核能力很强，酰腙Schiff碱化合物易与不同的过渡金属离子以不同的配位模式作用，组装成结构新颖的酰腙Schiff碱配合物。
2020-09-05
分子基发光材料因其易于分子裁剪、结构丰富、颜色可调、性能可控、制备简单、能耗低等优点，近年来已成为新材料研究领域中的热点之一，在光电、信息、环境乃至生命科学等诸多高新技术领域具有广泛应用。在分子基发光材料的开发和设计研究中，荧光量子产率的提升、发射光谱和荧光寿命的调控等是该领域的关注重点之一。在众多分子基发光材料中，氟硼配合物因其优异的发光性能备受关注。
2020-09-05
针对粉体MOF衍生材料存在制备工艺复杂、薄膜厚度难以控制等问题，我们通过液相外延分步生长法制备了一种金属有机框架薄膜(PIZA-1)，然后以其作牺牲模板，在惰性氛围中制备了一种CoSe2和N共掺杂的碳膜(CoSe2/N-CF)，并用作DSSC对电极，其具有制备简单、粘结力强、厚度可调等优势。系统表征了CoSe2/N-CF形貌特点、结构性质及电化学性能，并深入研究了不同厚度薄膜、CoSe2颗粒大小对DSSC的光伏性能的影响。
2020-09-05
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期刊名称：化学研究
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专业分类：化学
国际刊号：1000-8217
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2020-06-29
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