貴金屬納米顆粒有序陣列構(gòu)筑的研究進(jìn)展

巫婷

摘 要：貴金屬納米顆粒有序陣列不僅具有貴金屬納米顆粒的表面等離激元共振（SPR）特性，而且具有納米顆粒間的等離激元耦合效應(yīng)所產(chǎn)生的光學(xué)和電學(xué)等性質(zhì)。影響貴金屬納米顆粒有序陣列特性的因素有組成、形狀、尺寸和納米顆粒之間的間隙等。因此，研究者開發(fā)了多種構(gòu)筑方法制備貴金屬納米顆粒有序陣列，如聚苯乙烯（PS）膠體晶體模板法、陽極氧化鋁（AAO）模板法、靜電力自組裝等。本文綜述了貴金屬納米顆粒有序陣列構(gòu)筑方法的研究進(jìn)展。

關(guān)鍵詞：貴金屬顆粒;納米結(jié)構(gòu);模板法;自組裝法

1 概述

貴金屬納米顆粒有序陣列具有結(jié)構(gòu)均勻性、重復(fù)性和性能穩(wěn)定性等特點(diǎn)而備受研究者們的青睞。貴金屬納米顆粒有序陣列由于具有不同組分或結(jié)構(gòu)的協(xié)同效應(yīng)和相互作用，所以不僅具有貴金屬納米顆粒本身的SPR特性，而且由于納米顆粒間的等離激元耦合效應(yīng)，還具有光學(xué)和電學(xué)等性質(zhì)，廣泛應(yīng)用于表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）、生化傳感、光電催化等領(lǐng)域[1-3]。影響貴金屬納米顆粒有序陣列特性的因素有納米顆粒之間的間隙、成分、形狀等。因此，研究者開發(fā)了多種構(gòu)筑方法制備貴金屬納米顆粒有序陣列，如PS膠體晶體模板法、AAO模板法、靜電力自組裝等。本文總結(jié)了近年來貴金屬納米顆粒有序陣列的構(gòu)筑方法。

2 貴金屬納米顆粒有序陣列構(gòu)筑方法

目前研究者們已經(jīng)開發(fā)了多種貴金屬納米顆粒陣列的制備方法，大致分為 “自下而上”和“自上而下”。自下而上的方法是通過相互作用力來約束和限制分子或者原子使其自組裝從而構(gòu)筑復(fù)雜或者特定結(jié)構(gòu)的納米陣列，如PS膠體晶體模板法和氧化鋁（AAO）模板法，靜電力自組裝。

2.1 PS膠體晶體模板法

PS膠體晶體模板法通常是由100 nm到微米級別的膠體微球在重力、靜電力、毛細(xì)管力等作用力的驅(qū)動(dòng)下自組裝形成的二維膠體晶體。然后通過化學(xué)或物理方法在模板上沉積貴金屬，模板的去除從而得到貴金屬納米顆粒有序陣列?；瘜W(xué)方法一般有溶液浸漬法、電化學(xué)沉積法和濕法刻蝕等，可以簡單、低成本的制備得到有序陣列。物理方法一般包括濺射沉積、電子束蒸發(fā)沉積、脈沖激光沉積、反應(yīng)離子刻蝕和離子束濺射法等，能夠避免化學(xué)法不可避免的缺點(diǎn)，而且還能通過調(diào)節(jié)物理沉積的條件和PS膠體晶體的周期可以高度控制陣列的形貌和結(jié)構(gòu)。但是物理方法普遍的特點(diǎn)就是儀器昂貴且需要專業(yè)人員操作。

2.2 AAO模板法

AAO模板通常是由純鋁（Al）在酸性電解液中陽極氧化制備的。首先，將預(yù)處理的Al基板進(jìn)行第一次陽極氧化反應(yīng)，選擇適當(dāng)?shù)娜芤哼x擇性去除氧化層后得到有序排列的孔，隨后將有序排列的Al基板進(jìn)行第二次陽極氧化反應(yīng)得到高度規(guī)整、均勻的多孔氧化鋁陣列。然后通過蒸發(fā)沉積、電化學(xué)沉積等方法制備得到貴金屬納米顆粒有序陣列。通過調(diào)節(jié)陽極氧化反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)可以改變AAO模板的孔徑和周期，具有較高的可控性。但制備AAO模板的兩步陽極氧化法耗時(shí)較長，膜生長速率較慢導(dǎo)致制備周期比較長。

2.3 靜電力自組裝

靜電力自組裝是在靜電力作用下，帶電的納米顆粒與帶相反電荷的基底進(jìn)行自組裝的過程。靜電力自組裝最大的特點(diǎn)是操作簡單、穩(wěn)定性好，不受基底材料尺寸和形狀的限制，而且還能夠精確控制組成結(jié)構(gòu)和厚度。目前靜電力自組裝的局限之處就在于靜電力是比較強(qiáng)的作用力，納米顆粒一旦在靜電力作用下吸附在基底表面，會(huì)失去能動(dòng)性，使其運(yùn)動(dòng)受到限制，小于納米顆粒尺寸的空隙也無法再吸附溶液中的納米顆粒，而且以及吸附在基底上的納米顆粒對溶液中的納米顆粒具有一定的排斥作用，很難制備出均勻性好、密度高的貴金屬納米顆粒陣列。

3 結(jié)束語

由于貴金屬納米顆粒有序陣列的優(yōu)異性能，研究者們開發(fā)了多種構(gòu)筑方法，比如PS膠體晶體模板法、AAO模板法、靜電力自組裝等。但是在實(shí)際制備過程中，每個(gè)方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，使得目前的制備只能存在于實(shí)驗(yàn)室階段。今后應(yīng)該改進(jìn)原有方法或者開發(fā)新方法制備出具有所需性能的貴金屬納米顆粒有序陣列。

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