一种单层密排纳米颗粒孔阵列结构及其制备方法和应用技术

本发明专利技术提供了一种单层密排纳米颗粒孔阵列结构及其制备方法和应用，属于纳米光子学技术领域。本发明专利技术提供的单层密排纳米颗粒孔阵列结构的自组装方法，包括以下步骤：采用疏水分子对纳米颗粒进行包覆后分散于有机溶剂中，得到纳米颗粒分散液；将所述纳米颗粒分散液滴加在高分子亲水聚合物水溶液形成的水膜表面进行自组装，然后将水膜去除，得到单层密排纳米颗粒孔阵列结构。发明专利技术提供的自组装方法，适用于粒径为10～500nm的纳米颗粒，通过调节改性纳米颗粒分散液以及高分子亲水聚合物水溶液的浓度可实现对单层密排纳米颗粒孔阵列结构的孔径大小在0.1～5μm范围内的可调；自组装方法通用性好，操作简单，阵列面积大，成本低。

【技术实现步骤摘要】
一种单层密排纳米颗粒孔阵列结构及其制备方法和应用
本专利技术涉及纳米光子学
，具体涉及一种单层密排纳米颗粒孔阵列结构及其制备方法和应用。
技术介绍
纳米颗粒孔阵列结构因其特有的光学透射现象与纳米颗粒之间的耦合，引起了人们的广泛关注。纳米颗粒孔阵列结构孔径大小对于调谐光学透射现象与纳米颗粒之间的耦合起着决定性的影响。目前，纳米颗粒孔阵列结构的制备方法主要为物理刻蚀方法(如电子束刻蚀、离子束刻蚀)和传统嵌段共聚物自组装方法。尽管物理刻蚀方法可以精准的制备纳米颗粒孔阵列结构，但很难制备由密排纳米颗粒构成孔阵列体系。传统嵌段共聚物自组装方法也实现了纳米颗粒孔阵列结构的制备，但是这种方法适用的纳米颗粒的尺寸小于10nm，而且制备的纳米颗粒孔阵列结构的孔径尺寸只能达到纳米级别。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种单层密排纳米颗粒孔阵列结构及其制备方法和应用，本专利技术提供的自组装方法能够得到密排纳米颗粒孔阵列结构，适用的纳米颗粒粒径为10～500nm，适用的纳米颗粒尺寸范围广，单层密排纳米颗粒孔阵列结构的孔径在0.1～10μm范围内可调。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：本专利技术提供了一种单层密排纳米颗粒孔阵列结构的自组装方法，包括以下步骤：采用疏水分子对纳米颗粒进行包覆后分散于有机溶剂中，得到包覆纳米颗粒分散液；所述纳米颗粒的粒度为10～500nm；所述改性纳米颗粒分散液的浓度为5～100mg/mL；将高分子亲水聚合物水溶液滴加在疏水基底上形成水膜，将所述改性纳米颗粒分散液滴加在所述水膜表面，进行自组装，得到单层密排纳米颗粒孔阵列结构；所述高分子亲水聚合物水溶液的浓度为0.0001～50mg/mL；所述高分子亲水聚合物包括牛血清蛋白、纤维素和蔗糖中的一种或几种。优选的，所述纳米颗粒的形状包括球形、立方体形、棒状、锥状或箭头状。优选的，所述疏水分子包括聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃、聚酰胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯、氟硅树脂、熔融石蜡和有机硅蜡乳中的一种或几种。优选的，所述包覆的温度为室温，时间为12～36h。优选的，所述水膜的厚度为0.1～100mm。优选的，滴加在所述水膜表面的改性纳米颗粒分散液的体积为0.5～10μL。优选的，所述有机溶剂包括氯仿、甲苯或四氢呋喃。优选的，所述自组装的温度为室温，时间为0.5～2s。本专利技术提供了上述技术方案所述自组装方法得到的单层密排纳米颗粒孔阵列结构，所述单层密排纳米颗粒孔阵列结构的纳米颗粒的粒度为10～500nm，所述单层密排纳米颗粒孔阵列结构的孔径为0.1～10μm。本专利技术还提供了上述技术方案所述的单层密排纳米颗粒孔阵列结构在非线性效应、表面增强拉曼散射、生物传感器或生物分子检测中的应用。本专利技术提供了一种单层密排纳米颗粒孔阵列结构的自组装方法，包括以下步骤：采用疏水分子对纳米颗粒进行包覆后分散于有机溶剂中，得到包覆纳米颗粒分散液；所述纳米颗粒的粒度为10～500nm；所述改性纳米颗粒分散液的浓度为5～100mg/mL；将高分子亲水聚合物水溶液滴加在疏水基底上形成水膜，将所述改性纳米颗粒分散液滴加在所述水膜表面，进行自组装，得到单层密排纳米颗粒孔阵列结构；所述高分子亲水聚合物水溶液的浓度为0.0001～50mg/mL；所述高分子亲水聚合物包括牛血清蛋白、纤维素和蔗糖中的一种或几种。本专利技术提供的自组装方法是对于基于气液自组装法的创新，适用于粒径为10～500nm的纳米颗粒，通过调节改性纳米颗粒分散液以及高分子亲水聚合物水溶液的浓度可以实现对单层密排纳米颗粒孔阵列结构的圆孔的孔径大小在100nm～5μm范围内的可调；本专利技术提供的自组装方法通用性好，可以在任何疏水基底上制备单层密排纳米颗粒孔阵列结构，适用于不同材料、大小、形状的纳米颗粒；而且，本专利技术提供的自组装方法，操作简单，阵列面积大，成本低。本专利技术提供了上述技术方案所述的自组装方法得到的单层密排纳米颗粒孔阵列结构，所述单层密排纳米颗粒孔阵列结构的纳米颗粒的粒度为10～500nm，所述单层密排纳米颗粒孔阵列结构的孔径为0.1～10μm。本专利技术提供的单层密排纳米颗粒孔阵列结构能够实现表面等离激元耦合与光学异常透射现象相结合，有望实现不同局域共振模式之间的共振耦合，激发优异的光学效应，在非线性效应、表面增强拉曼散射、生物传感器或生物分子检测中具有很好的应用前景。附图说明图1为实施例1制备的单层密排纳米颗粒孔阵列结构在10倍光学显微镜下的透射图；图2为实施例1制备的单层密排纳米颗粒孔阵列结构在40倍光学显微镜下的透射图；图3为实施例1制备的单层密排纳米颗粒孔阵列结构的SEM电镜扫描图；图4为对比例1制备的结构40倍光学显微镜下的透射图；图5为实施例1、实施例4～5、对比例2～3制备的纳米颗粒结构在40倍光学显微镜下的透射图，其中a为对比例2，b为实施例1，c为实例例4，d为实施例5，e为对比例3。具体实施方式本专利技术提供了一种单层密排纳米颗粒孔阵列结构的自组装方法，包括以下步骤：采用疏水分子对纳米颗粒进行包覆后分散于有机溶剂中，得到包覆纳米颗粒分散液；所述纳米颗粒的粒度为10～500nm；所述改性纳米颗粒分散液的浓度为5～100mg/mL；将高分子亲水聚合物水溶液滴加在疏水基底上形成水膜，将所述改性纳米颗粒分散液滴加在所述水膜表面，进行自组装，得到单层密排纳米颗粒孔阵列结构；所述高分子亲水聚合物水溶液的浓度为0.0001～50mg/mL；所述高分子亲水聚合物包括牛血清蛋白、纤维素和蔗糖中的一种或几种。在本专利技术中，若无特殊说明，所有的原料组分均为本领域技术人员熟知的市售商品。本专利技术采用疏水分子对纳米颗粒进行包覆后分散于有机溶剂中，得到包覆纳米颗粒分散液；所述纳米颗粒的粒度为10～500nm；所述改性纳米颗粒分散液的浓度为5～100mg/mL。在本专利技术中，所述纳米颗粒的粒度为10～500nm，优选为100～400nm，更优选为200～300nm。在本专利技术中，所述纳米颗粒水分散液中纳米颗粒的形状优选包括球形、立方体形、棒状、锥状或箭头状；所述纳米颗粒优选为金属纳米颗粒，更优选为贵金属纳米颗粒，最优选为金纳米颗粒。在本专利技术中，所述疏水分子优选包括聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃、聚酰胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯、氟硅树脂、熔融石蜡和有机硅蜡乳中的一种或几种。在本专利技术中，所述疏水分子溶液优选由疏水分子溶解于有机溶剂中得到；所述疏水分子的数均分子量优选为1000～50000，更优选为10000～40000，最优选为20000～30000。在本专利技术中，所述疏水分子和纳米颗粒的质量比优选为1:(1～3)，更优选为1:(1.5～2.5)，最优选为1：2。在本专利技术中，所述采本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种单层密排纳米颗粒孔阵列结构的自组装方法，包括以下步骤：/n采用疏水分子对纳米颗粒进行包覆后分散于有机溶剂中，得到包覆纳米颗粒分散液；所述纳米颗粒的粒度为10～500nm；所述改性纳米颗粒分散液的浓度为5～100mg/mL；/n将高分子亲水聚合物水溶液滴加在疏水基底上形成水膜，将所述改性纳米颗粒分散液滴加在所水膜表面，进行自组装，得到单层密排纳米颗粒孔阵列结构；所述高分子亲水聚合物水溶液的浓度为0.0001～50mg/mL；所述高分子亲水聚合物包括牛血清蛋白、纤维素和蔗糖中的一种或几种。/n

【技术特征摘要】
1.一种单层密排纳米颗粒孔阵列结构的自组装方法，包括以下步骤：
采用疏水分子对纳米颗粒进行包覆后分散于有机溶剂中，得到包覆纳米颗粒分散液；所述纳米颗粒的粒度为10～500nm；所述改性纳米颗粒分散液的浓度为5～100mg/mL；
将高分子亲水聚合物水溶液滴加在疏水基底上形成水膜，将所述改性纳米颗粒分散液滴加在所水膜表面，进行自组装，得到单层密排纳米颗粒孔阵列结构；所述高分子亲水聚合物水溶液的浓度为0.0001～50mg/mL；所述高分子亲水聚合物包括牛血清蛋白、纤维素和蔗糖中的一种或几种。


2.根据权利要求1所述的自组装方法，其特征在于，所述纳米颗粒的形状包括球形、立方体形、棒状、锥状或箭头状。


3.根据权利要求1所述的自组装方法，其特征在于，所述疏水分子包括聚苯乙烯、聚乙烯吡咯烷酮、聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚偏氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚烯烃、聚酰胺、聚丙烯腈、聚碳酸酯、氟硅树脂、熔融石蜡和有机硅蜡乳中的一种或几种。


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【专利技术属性】
技术研发人员：刘绍鼎，耿伟，廉岚淇，岳鹏，虞应，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西;14