一种局域表面等离子谐振传感器及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种局域表面等离子谐振传感器及其制备方法和应用。所述传感器包括透明介质层和银膜；所述透明介质层由聚碳酸酯材料制备得到，包括衬底和分布在所述衬底上的纳米柱阵列，所述纳米柱阵列中的每个纳米柱的顶部与其底部的形状及横截面均相同，且纳米柱的顶部的横截面积大于其中部的横截面积，纳米柱的底部与所述衬底连接；纳米柱的顶部和所述衬底上均覆盖有银膜，其中，所述衬底上覆盖的银膜与纳米柱之间均有间隙；纳米柱的表面涂覆还有SiO2/TiO2复合涂层。本发明专利技术的传感器灵敏度和准确度高，使用寿命长，在生化检测领域具有良好的应用前景。

A Local Surface Plasmon Resonance Sensor and Its Preparation Method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种局域表面等离子谐振传感器及其制备方法和应用
本专利技术涉及传感器材料
，具体涉及一种局域表面等离子谐振传感器及其制备方法和应用。
技术介绍
随着纳米加工技术的快速发展，金属纳米颗粒或者纳米阵列结构局域表面等离子谐振技术，得到了广泛关注。入射光与金属纳米颗粒或者纳米阵列结构表面自由电荷密度振荡耦合，产生局域表面等离子谐振，出现很强的谐振吸收光谱。谐振吸收波长与纳米颗粒或者纳米阵列结构的结构、形状、尺寸、分布及周围环境的介电系数有关。局域表面等离子谐振传感器可以分为反射型和透射型，其中透射型局域表面等离子谐振传感器需要采用透明材料作为衬底。聚碳酸酯因其具有突出的透明性，可以作为透射型局域表面等离子谐振传感器的衬底材料，但聚碳酸酯材料的耐溶剂性能比较差，在溶剂作用下容易产生应力松弛和裂纹开裂；此外，聚碳酸酯材料的耐紫外老化性能较差，在紫外光的照射下反应变黄，导致透光性能下降，无法满足局域表面等离子谐振传感器的检测应用要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足之处而提供一种局域表面等离子谐振传感器及其制备方法和应用。为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案如下：一种局域表面等离子谐振传感器，所述传感器包括透明介质层和银膜；所述透明介质层由聚碳酸酯材料制备得到，包括衬底和分布在所述衬底上的纳米柱阵列，所述纳米柱阵列中的每个纳米柱的顶部与其底部的形状及横截面均相同，且纳米柱的顶部的横截面积大于其中部的横截面积，纳米柱的底部与所述衬底连接；纳米柱的顶部和所述衬底上均覆盖有银膜，其中，所述衬底上覆盖的银膜与纳米柱之间均有间隙；纳米柱的表面涂覆还有SiO2/TiO2复合涂层。本专利技术的传感器的纳米柱阵列激发局域表面等离子体共振，采用两端大中间小的结构设计，具有比较高的品质因数，且通过在纳米柱的表面涂覆SiO2/TiO2复合涂层，该复合涂层的具有良好的附着力，其中SiO2涂层有助于改善涂层的均一性，提高TiO2涂层与聚碳酸酯材料的结合，进一步促进TiO2颗粒的生长，防止TiO2光催化降解；TiO2涂层能够吸收、反射、散射紫外光，阻止聚碳酸酯在紫外光的作用下降解生成有色基团，提高聚碳酸酯材料的耐紫外老化性能。同时该SiO2/TiO2复合涂层具有较高的透光性，且对溶剂也具有一定的阻隔作用，防止溶剂渗入聚碳酸酯材料内部，能够有效延长该传感器的使用寿命。优选地，所述纳米柱的横截面均为正六边形。实验结果表明，与其它形状相比，将本专利技术的纳米柱的横截面设计为正六边形，激发局域表面等离子体共振，有利于有效消除环境因素对生化检测的影响，有助于提高检测的准确度和精度。优选地，所述纳米柱阵列为四方晶格、三角晶格或六角晶格周期排列。优选地，所述银膜的厚度均为15～20nm。优选地，所述纳米柱的彼此间距为20～1000nm。本专利技术还提供了上述的局域表面等离子谐振传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)利用纳米加工技术在聚碳酸酯衬底材料上制备纳米柱阵列，形成透明介质层；(2)制备SiO2溶胶，将SiO2溶胶涂覆于透明介质层中的纳米柱，置于60～70℃的烘箱中固化12～16h；(3)制备TiO2溶胶，将TiO2溶胶涂覆于步骤(2)得到的透明介质层中的纳米柱，置于70～80℃的烘箱中固化8～12h；(4)在纳米柱的顶部和所述衬底上蒸镀一层银膜，采用氮气进行干燥，得到所述局域表面等离子谐振传感器。优选地，所述SiO2溶胶的制备方法为：将正硅酸乙酯按体积比0.1～0.2:1溶解于无水乙醇后，加入去离子水，搅拌均匀后加入盐酸溶液调节pH至1～2，得到所述SiO2溶胶。优选地，所述TiO2溶胶的制备方法为：将钛酸正四丁酯和三乙醇胺按2～3:1的体积比混合，溶于无水乙醇中，搅拌均匀后得到溶液A；将无水乙醇和去离子水混合，得到溶液B；将溶液B滴加到溶液A中，随后加入KH-570，得到透明纳米TiO2溶胶。前期试验发现，与其它混合比例相比，将钛酸正四丁酯和三乙醇胺按2～3:1的体积比混合，制备得到的纳米TiO2溶胶涂覆到纳米柱上，仍具有较高透光率，不影响影响传感器的检测结果的准确性。本专利技术还提供了上述的局域表面等离子谐振传感器在生化检测中的应用。本专利技术的传感器灵敏度和准确度高，使用寿命长，在生化检测领域具有良好的应用前景。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术的传感器的纳米柱阵列采用两端大中间小的结构设计，具有比较高的品质因数，且通过在纳米柱的表面涂覆SiO2/TiO2复合涂层，其中SiO2涂层有助于改善涂层的均一性，提高TiO2涂层与聚碳酸酯材料的结合，有利于TiO2颗粒的生长，防止TiO2发生光催化降解；而TiO2涂层能够吸收、反射、散射紫外光，阻止聚碳酸酯在紫外光的作用下降解生成有色基团，提高聚碳酸酯材料的耐紫外老化性能。该SiO2/TiO2复合涂层具有较高的透光性，且对溶剂也具有一定的阻隔作用，防止溶剂渗入聚碳酸酯材料内部。附图说明图1为本专利技术所述的局域表面等离子谐振传感器结构示意图，图中，1-衬底，2-纳米柱，3-银膜，4-SiO2/TiO2复合涂层。具体实施方式为更好地说明本专利技术的目的、技术方案和优点，下面将结合具体实施例对本专利技术进一步说明。本领域技术人员应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。实施例中，所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法，所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。实施例1一种局域表面等离子谐振传感器，所述传感器包括透明介质层和银膜；所述透明介质层由聚碳酸酯材料制备得到，包括衬底和分布在所述衬底上的纳米柱阵列，所述纳米柱阵列为六角晶格周期排列，所述纳米柱阵列中的每个纳米柱的顶部与其底部的形状及横截面均相同，所述纳米柱的横截面均为正六边形，且纳米柱的顶部的横截面积大于其中部的横截面积，纳米柱的底部与所述衬底连接；纳米柱的顶部和所述衬底上均覆盖有银膜，所述银膜的厚度均为16nm，其中，所述衬底上覆盖的银膜与纳米柱之间均有间隙；所述纳米柱的彼此间距为200nm，纳米柱的表面涂覆还有SiO2/TiO2复合涂层。本实施例所述的局域表面等离子谐振传感器的制备方法，包括以下步骤：(1)利用纳米加工技术在聚碳酸酯衬底材料上制备纳米柱阵列，形成透明介质层；(2)制备SiO2溶胶：将2mL正硅酸乙酯溶解于10mL无水乙醇后，加入去离子水，磁力搅拌均匀后加入1mol/L的盐酸溶液调节pH至1.2，继续搅拌12h，静置后得到SiO2溶胶；将SiO2溶胶涂覆于透明介质层中的纳米柱，提拉速度为0.3mm/s，置于60℃的烘箱中固化12h；(3)制备TiO2溶胶：将2.4mL钛酸正四丁酯和1mL三乙醇胺混合，溶于5mL无水乙醇中，磁力搅拌20min后得到溶液A；将2.5mL无水乙醇和1mL去离子水混合，得到溶液B；将溶液B逐滴滴加到溶液A中，随后加入KH-570，得到透明纳米TiO2溶胶；将TiO2溶胶涂覆于步骤(2)得到的透明介质层中的纳米柱，提拉速度为0.2mm/s，置于70℃的烘箱中固化12h；(4)在纳米柱的顶部和所述衬底上蒸镀一层银膜，采用氮气进行干燥，得到所述局域表面等离子谐振传感器。实施例2一种局域表面等离子谐振传感器，所述传感器包括透明介质层和银膜；所述透明介质层由聚碳酸酯材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种局域表面等离子谐振传感器，其特征在于，所述传感器包括透明介质层和银膜；所述透明介质层由聚碳酸酯材料制备得到，包括衬底和分布在所述衬底上的纳米柱阵列，所述纳米柱阵列中的每个纳米柱的顶部与其底部的形状及横截面均相同，且纳米柱的顶部的横截面积大于其中部的横截面积，纳米柱的底部与所述衬底连接；纳米柱的顶部和所述衬底上均覆盖有银膜，其中，所述衬底上覆盖的银膜与纳米柱之间均有间隙；纳米柱的表面涂覆还有SiO2/TiO2复合涂层。

【技术特征摘要】
1.一种局域表面等离子谐振传感器，其特征在于，所述传感器包括透明介质层和银膜；所述透明介质层由聚碳酸酯材料制备得到，包括衬底和分布在所述衬底上的纳米柱阵列，所述纳米柱阵列中的每个纳米柱的顶部与其底部的形状及横截面均相同，且纳米柱的顶部的横截面积大于其中部的横截面积，纳米柱的底部与所述衬底连接；纳米柱的顶部和所述衬底上均覆盖有银膜，其中，所述衬底上覆盖的银膜与纳米柱之间均有间隙；纳米柱的表面涂覆还有SiO2/TiO2复合涂层。2.根据权利要求1所述的局域表面等离子谐振传感器，其特征在于，所述纳米柱的横截面均为正六边形。3.根据权利要求1所述的局域表面等离子谐振传感器，其特征在于，所述纳米柱阵列为四方晶格、三角晶格或六角晶格周期排列。4.根据权利要求1所述的局域表面等离子谐振传感器，其特征在于，所述银膜的厚度均为15～20nm。5.根据权利要求1或4所述的局域表面等离子谐振传感器，其特征在于，所述纳米柱的彼此间距为20～1000nm。6.根据权利要求1～5任一项所述的局域表面等离子谐振传感器的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)利用纳米加工技术在聚碳酸酯衬底材...

【专利技术属性】
技术研发人员：余得胜，
申请(专利权)人：广州星坛电子产品有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44