CN108152264A - 一种纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法及其应用，包括：制备硅片基底单层聚苯乙烯胶体晶体阵列；采用反应离子刻蚀法对硅片基底单层聚苯乙烯胶体晶体阵列进行刻蚀，并在刻蚀完成后去除单层聚苯乙烯胶体晶体阵列，制得锥形硅基阵列；以所述锥形硅基阵列为模板，采用物理沉积方法在该模板的表面沉积一层厚度为10～50nm的金膜，并在锥形硅基的顶部沉积形成金纳米球，通过控制沉积时间调整金纳米球间距，制得纳米间隙可控的硅基阵列。它构造面积大、表面洁净、灵敏度高、检测性好，可直接作为长期稳定且具有高活性表面增强拉曼效应的衬底材料，用于对糖精钠的浓度进行快速痕量检测。本发明制备方法简单、操作方便、成本低廉、经济环保。

Description

一种纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法及其应用
技术领域
本发明涉及纳米间隙阵列材料领域，尤其涉及一种可控硅基纳米间隙(nanogap)阵列的制备方法及其应用。
背景技术
糖精钠是食品工业中使用历史最长、最引起争议的常用合成甜味剂，广泛应用于饮料、果冻、蜜饯、糕点等食品行业中。糖精钠除了在味觉上会引起甜的感觉外，对人体无任何营养价值。当食用糖精钠较多时，会影响肠胃消化酶的正常分泌，降低小肠的吸收能力，致使食欲减退，同时还会引起血小板减少，造成急性大出血、多脏器损害等症状，甚至引发恶性中毒事件。而且糖精钠还有一定的致癌性，长期食用，会导致青少年营养不良，对青少年的身体发育产生负面影响。因此在糖精钠的诸多应用领域中，有必要对糖精钠的浓度进行快速痕量检测。
目前，对糖精钠的浓度进行常规检测方法主要有色谱法、液-质联用法、非水滴定法等。色谱法和液-质联用法前处理复杂、设备昂贵、操作技术性强，无法用于大批量样品的实时筛查；非水滴定法对溶剂的选择性强，滴定终点难以判断。这些常规检测方法存在分析速度慢、选择性不高、设备昂贵、耗时长、操作复杂等缺点，因此很难实现对糖精钠的浓度进行快速痕量检测。
表面增强拉曼效应(Surface-enhanced Raman spectroscopy，SERS)克服了拉曼光谱灵敏度低的缺点，可以获得常规拉曼光谱所不易得到的结构信息，可以有效分析化合物在界面的吸附取向、吸附态的变化、界面信息等数据，被广泛用于表面研究、吸附界面表面状态研究、生物大小分子的界面取向及构型、构象研究、结构分析等领域。此外，表面增强拉曼效应还具有样品量少、检测速度快、样品前处理简单、检测灵敏度高、无损检测等优点，因此它在食品农产品中痕量农药残留、抗生素药物残留、生物大分子分析检测等领域也有着广泛应用。利用表面增强拉曼效应有望实现对糖精钠的浓度的快速痕量检测，但在现有技术中产生表面增强拉曼效应的衬底材料主要是金、银等贵金属纳米颗粒，这些贵金属纳米颗粒不仅构造面积小、重复性差、均一性差，而且制备方法复杂、成本高昂，因此很大程度上限制了表面增强拉曼效应的应用。
发明内容
针对现有技术中的上述不足之处，本发明提供了一种纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法及其应用，不仅制备方法简单、操作方便、成本低廉、经济环保，而且所制得的纳米间隙可控的硅基阵列构造面积大、均一性好、表面洁净、灵敏度高、检测性好，可直接作为长期稳定且具有高活性表面增强拉曼效应的衬底材料，用于对糖精钠的浓度进行快速痕量检测。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法，包括如下步骤：
步骤A、在硅片基底上制备紧密排列的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列，从而得到硅片基底单层聚苯乙烯胶体晶体阵列；
步骤B、采用反应离子刻蚀法对所述硅片基底单层聚苯乙烯胶体晶体阵列进行刻蚀，并在刻蚀完成后去除硅片基底上的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列，制得锥形硅基阵列；
步骤C、以所述锥形硅基阵列为模板，采用物理沉积方法在该模板的表面沉积一层厚度为10～50nm的金膜，并在锥形硅基的顶部沉积形成金纳米球，通过控制沉积时间调整金纳米球间距，从而制得纳米间隙可控的硅基阵列。
优选地，采用反应离子刻蚀法对所述硅片基底单层聚苯乙烯胶体晶体阵列进行刻蚀包括：采用六氟化硫作为工作气体对所述硅片基底单层聚苯乙烯胶体晶体阵列进行刻蚀，气体流量为36scc/min、气体压强为2.7Pa，刻蚀时间为28s，刻蚀功率为200W。
优选地，在硅片基底上制备紧密排列的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列包括以下步骤：
步骤A1、将硅片基底依次放入丙酮、乙醇、第一混合液、去离子水中进行超声清洗，再对清洗后的硅片基底进行烘干处理，然后放置于紫外臭氧清洗机中辐照10～40min，从而获得表面亲水的硅片基底；其中，所述的第一混合液由质量浓度为1.84g/ml的浓硫酸与质量浓度为1.1g/ml的双氧水按照体积比3:1混合而成；
步骤A2、将所述表面亲水的硅片基底放入聚苯乙烯胶体球乙醇稀释液，并采用气-液界面自组装方法在所述硅片基底上制备出紧密排列的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列。
优选地，所述的聚苯乙烯胶体球乙醇稀释液采用以下方法制备而成：取聚苯乙烯胶体球直径为120nm的聚苯乙烯胶体球悬浮液，并与乙醇等体积混合，再进行10～30min的超声振荡处理，从而制得分散均匀的聚苯乙烯胶体球乙醇稀释液。
优选地，在刻蚀完成后去除硅片基底上的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列包括：将刻蚀完成后的硅片基底上的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列浸泡在清洗溶剂中进行5～20min的超声处理，再用去离子水进行清洗，从而去除硅片基底上的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列。
优选地，所述的清洗溶剂为二氯甲烷、甲苯、乙苯、二甲苯、氯仿中的至少一种。
优选地，所述物理沉积方法包括磁控溅射沉积、热蒸发沉积或者电子束蒸发沉积。
一种纳米间隙可控的硅基阵列的应用，将上述技术方案所制得的纳米间隙可控的硅基阵列直接作为表面增强拉曼效应的衬底材料。
一种纳米间隙可控的硅基阵列的应用，将上述技术方案所制得的纳米间隙可控的硅基阵列直接作为表面增强拉曼效应的衬底材料，用于对糖精钠浓度进行快速痕量检测。
由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明提供的纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法以单层聚苯乙烯胶体晶体阵列为掩模板进行反应离子刻蚀，并以刻蚀完成后去除了单层聚苯乙烯胶体晶体阵列的硅片基底为模板，采用物理沉积方法在该模板的表面沉积一层厚度为10～50nm的金膜，同时在锥形硅基的顶部沉积形成金纳米球，通过控制沉积时间调整金纳米球间距，沉积时间越长，金纳米球间距越小，纳米间隙越小，从而可制得纳米间隙可控的硅基阵列；该纳米间隙可控的硅基阵列可以直接作为表面增强拉曼效应的衬底材料，并且在用于对糖精钠的浓度进行快速痕量检测时，具有构造面积大、均一性好、表面洁净、灵敏度高、检测下限低、检测性好等优点。此外，本发明提供的多刺状硅纳米锥有序阵列的制备方法工艺简单、操作方便、成本低廉、经济环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。
图1为本发明实施例1～3所制得纳米间隙可控的硅基阵列的FESEM(FieldEmission Scanning Electron，场致发射扫描电子显微镜)图像。
图2为本发明实施例1～3所制得纳米间隙可控的硅基阵列在对同一浓度的糖精钠进行拉曼检测时的表面增强拉曼谱图。
图3为本发明实施例1～3所制得纳米间隙可控的硅基阵列在对不同浓度的糖精钠进行拉曼检测时的表面增强拉曼谱图。
图4为本发明所提供纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面对本发明所提供的纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法及其应用进行详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
如图4所示，一种纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法，包括如下步骤：
步骤A、在硅片基底上制备紧密排列的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列，从而得到硅片基底单层聚苯乙烯胶体晶体阵列。
步骤B、采用反应离子刻蚀法对所述硅片基底单层聚苯乙烯胶体晶体阵列进行刻蚀，并在刻蚀完成后去除硅片基底上的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列，制得锥形硅基阵列。
步骤C、以所述锥形硅基阵列为模板，采用物理沉积方法在该模板的表面沉积一层厚度为10～50nm的金膜，并在锥形硅基的顶部沉积形成金纳米球，通过控制沉积时间调整金纳米球间距，从而制得纳米间隙可控的硅基阵列。
其中，该纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法的各步骤可以包括以下实施方案：
(1)所述在硅片基底上制备紧密排列的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列包括以下步骤：
步骤A1、将硅片基底依次放入丙酮、乙醇、第一混合液、去离子水中进行超声清洗，再对清洗后的硅片基底进行烘干处理，然后放置于紫外臭氧清洗机中辐照10～40min，从而获得表面亲水的硅片基底。其中，所述的第一混合液由质量浓度为1.84g/ml的浓硫酸与质量浓度为1.1g/ml的双氧水按照体积比3:1混合而成。
步骤A2、将所述表面亲水的硅片基底放入聚苯乙烯胶体球乙醇稀释液，并采用气-液界面自组装方法在所述硅片基底上制备出紧密排列的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列。所述的聚苯乙烯胶体球乙醇稀释液采用以下方法制备而成：取聚苯乙烯胶体球直径为120nm的聚苯乙烯胶体球悬浮液，并与乙醇等体积混合，再进行10～30min的超声振荡处理，从而制得分散均匀的聚苯乙烯胶体球乙醇稀释液。所述聚苯乙烯胶体球悬浮液可以采用通过商业手段购买。
(2)所述采用反应离子刻蚀法对所述硅片基底单层聚苯乙烯胶体晶体阵列进行刻蚀包括：采用六氟化硫作为工作气体对所述硅片基底单层聚苯乙烯胶体晶体阵列进行刻蚀，气体流量为36scc/min、气体压强为2.7Pa，刻蚀时间为28s，刻蚀功率为200W。
(3)在刻蚀完成后去除硅片基底上的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列包括：将刻蚀完成后的硅片基底上的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列浸泡在清洗溶剂中进行5～20min的超声处理，再用去离子水进行清洗，从而去除硅片基底上的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列。所述的清洗溶剂可采用二氯甲烷、甲苯、乙苯、二甲苯、氯仿中的至少一种。
(4)所述物理沉积方法的沉积时间为5min～7min，并通过控制沉积时间可调整金纳米球间距，沉积时间越长，金纳米球间距越小，纳米间隙就越小。所述物理沉积方法包括磁控溅射沉积、热蒸发沉积或者电子束蒸发沉积。该纳米间隙可控的硅基阵列可以直接作为表面增强拉曼效应的衬底材料，用于对糖精钠的浓度进行快速痕量检测。
与现有技术相比，本发明所提供的纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法至少具有以下有益效果：
(1)本发明所提供的纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法所制得的纳米间隙可控的硅基阵列可以产生强的表面共振等离子耦合，从而在纳米间隙中形成强的表面局域光电场，使nanogap结构具有SERS热点特性，这种热点增强效应显著放大吸附分子与金属表面作用引起的电磁增强效应，因此本发明所制得的纳米间隙可控的硅基阵列具有很强的表面增强拉曼效应。
(2)本发明所提供的纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法所制得的纳米间隙可控的硅基阵列由于粒子间SPR耦合效应，两个金纳米球之间可以形成很小的纳米间隙，从而使得其热点的电磁场增强因子显著的大于单个纳米粒子的最大增强因子，因此本发明所制得的纳米间隙可控的硅基阵列具有很强的表面增强拉曼效应。
(3)本发明所提供的纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法所制得的纳米间隙可控的硅基阵列可以直接作为表面增强拉曼效应的衬底材料，而且在将其用于对糖精钠的浓度进行快速痕量检测时，灵敏度高、检测限低、检测浓度范围广、信号均一性好。
综上可见，本发明实施例不仅制备方法简单、操作方便、成本低廉、经济环保，而且所制得的纳米间隙可控的硅基阵列构造面积大、均一性好、表面洁净、灵敏度高、检测性好，可直接作为长期稳定且具有高活性表面增强拉曼效应的衬底材料，用于对糖精钠的浓度进行快速痕量检测。
为了更加清晰地展现出本发明所提供的技术方案及所产生的技术效果，下面以具体实施例对本发明所提供的纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法及其应用进行详细描述。
实施例1
如图4所示，一种纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法，具体可包括如下步骤：
步骤a1、将硅片基底依次放入丙酮、乙醇、第一混合液(所述第一混合液由质量浓度为1.84g/ml的浓硫酸与质量浓度为1.1g/ml的双氧水按照体积比3:1混合而成)、去离子水中进行超声清洗，再对清洗后的硅片基底进行烘干处理，然后放置于紫外臭氧清洗机中辐照10～40min，从而制得表面亲水的硅片基底。
步骤b1、取聚苯乙烯胶体球直径为120nm的聚苯乙烯胶体球悬浮液(2.5wt％)，并与乙醇等体积混合，再进行10～30min的超声振荡处理，从而制得分散均匀的聚苯乙烯胶体球乙醇稀释液。然后将所述表面亲水的硅片基底放入所述聚苯乙烯胶体球乙醇稀释液，并采用气-液界面自组装方法在所述表面亲水的硅片基底上制备紧密排列的单层聚苯乙烯胶体球阵列，从而得到硅片基底单层聚苯乙烯胶体球阵列。
步骤c1、以120℃对所述硅片基底单层聚苯乙烯胶体球阵列加热30s，再采用六氟化硫作为工作气体对其进行刻蚀，气体流量为36scc/min、气体压强为2.7Pa，刻蚀时间为28s，刻蚀功率为200W，从而得到刻蚀完成后的硅片基底单层聚苯乙烯胶体球阵列。
步骤d1、将刻蚀完成后的硅片基底单层聚苯乙烯胶体球阵列浸泡在二氯甲烷溶剂中进行15min的超声处理，再用去离子水进行清洗，从而即可去除硅片上的单层聚苯乙烯胶体球阵列，制得周期为120nm的锥形硅基阵列。
步骤e1、以所述周期为120nm的锥形硅基阵列为模板，采用磁控溅射沉积方法(磁控溅射沉积的处理电流为20mA，磁控溅射沉积的处理时间为5min)在该模板的表面沉积一层厚度为30nm的金膜，并在锥形硅基的顶部沉积形成金纳米球，金纳米球间距(即纳米间隙)为20nm，从而制得纳米间隙可控的硅基阵列。该纳米间隙可控的硅基阵列可直接作为表面增强拉曼效应的衬底材料，用于对糖精钠的浓度进行表面增强拉曼检测。
实施例2
如图4所示，一种纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法，具体可包括如下步骤：
步骤a2、将硅片基底依次放入丙酮、乙醇、第一混合液(所述第一混合液由质量浓度为1.84g/ml的浓硫酸与质量浓度为1.1g/ml的双氧水按照体积比3:1混合而成)、去离子水中进行超声清洗，再对清洗后的硅片基底进行烘干处理，然后放置于紫外臭氧清洗机中辐照10～40min，从而制得表面亲水的硅片基底。
步骤b2、取聚苯乙烯胶体球直径为120nm的聚苯乙烯胶体球悬浮液(2.5wt％)，并与乙醇等体积混合，再进行10～30min的超声振荡处理，从而制得分散均匀的聚苯乙烯胶体球乙醇稀释液。然后将所述表面亲水的硅片基底放入所述聚苯乙烯胶体球乙醇稀释液，并采用气-液界面自组装方法在所述表面亲水的硅片基底上制备紧密排列的单层聚苯乙烯胶体球阵列，从而得到硅片基底单层聚苯乙烯胶体球阵列。
步骤c2、以120℃对所述硅片基底单层聚苯乙烯胶体球阵列加热30s，再采用六氟化硫作为工作气体对其进行刻蚀，气体流量为36scc/min、气体压强为2.7Pa，刻蚀时间为28s，刻蚀功率为200W，从而得到刻蚀完成后的硅片基底单层聚苯乙烯胶体球阵列。
步骤d2、将刻蚀完成后的硅片基底单层聚苯乙烯胶体球阵列浸泡在二氯甲烷溶剂中进行15min的超声处理，再用去离子水进行清洗，从而即可去除硅片上的单层聚苯乙烯胶体球阵列，制得周期为120nm的锥形硅基阵列。
步骤e2、以所述周期为120nm的锥形硅基阵列为模板，采用磁控溅射沉积方法(磁控溅射沉积的处理电流为20mA，磁控溅射沉积的处理时间为6min)在该模板的表面沉积一层厚度为40nm的金膜，并在锥形硅基的顶部沉积形成金纳米球，金纳米球间距(即纳米间隙)为13nm，从而制得纳米间隙可控的硅基阵列。该纳米间隙可控的硅基阵列可直接作为表面增强拉曼效应的衬底材料，用于对糖精钠的浓度进行表面增强拉曼检测。
实施例3
如图4所示，一种纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法，具体可包括如下步骤：
步骤a3、将硅片基底依次放入丙酮、乙醇、第一混合液(所述第一混合液由质量浓度为1.84g/ml的浓硫酸与质量浓度为1.1g/ml的双氧水按照体积比3:1混合而成)、去离子水中进行超声清洗，再对清洗后的硅片基底进行烘干处理，然后放置于紫外臭氧清洗机中辐照10～40min，从而制得表面亲水的硅片基底。
步骤b3、取聚苯乙烯胶体球直径为120nm的聚苯乙烯胶体球悬浮液(2.5wt％)，并与乙醇等体积混合，再进行10～30min的超声振荡处理，从而制得分散均匀的聚苯乙烯胶体球乙醇稀释液。然后将所述表面亲水的硅片基底放入所述聚苯乙烯胶体球乙醇稀释液，并采用气-液界面自组装方法在所述表面亲水的硅片基底上制备紧密排列的单层聚苯乙烯胶体球阵列，从而得到硅片基底单层聚苯乙烯胶体球阵列。
步骤c3、以120℃对所述硅片基底单层聚苯乙烯胶体球阵列加热30s，再采用六氟化硫作为工作气体对其进行刻蚀，气体流量为36scc/min、气体压强为2.7Pa，刻蚀时间为28s，刻蚀功率为200W，从而得到刻蚀完成后的硅片基底单层聚苯乙烯胶体球阵列。
步骤d3、将刻蚀完成后的硅片基底单层聚苯乙烯胶体球阵列浸泡在二氯甲烷溶剂中进行15min的超声处理，再用去离子水进行清洗，从而即可去除硅片上的单层聚苯乙烯胶体球阵列，制得周期为120nm的锥形硅基阵列。
步骤e3、以所述周期为120nm的锥形硅基阵列为模板，采用磁控溅射沉积方法(磁控溅射沉积的处理电流为20mA，磁控溅射沉积的处理时间为7min)在该模板的表面沉积一层厚度为50nm的金膜，并在锥形硅基的顶部沉积形成金纳米球，金纳米球间距(即纳米间隙)为6nm，从而制得纳米间隙可控的硅基阵列。该纳米间隙可控的硅基阵列可直接作为表面增强拉曼效应的衬底材料，用于对糖精钠的浓度进行表面增强拉曼检测。
形貌及性能检测
对上述本发明实施例1～3进行如下形貌及性能检测：
(1)采用扫描电镜分别对本发明实施例1～3所制得纳米间隙可控的硅基阵列进行观测，从而得到如图1所示的FESEM图像；其中，图1a为本发明实施例1所制得的纳米间隙可控的硅基阵列的FESEM图像，图1b为本发明实施例2所制得的纳米间隙可控的硅基阵列的FESEM图像，图1c为本发明实施例3所制得的纳米间隙可控的硅基阵列的FESEM图像。由图1可以看出：本发明实施例1所制得的纳米间隙可控的硅基阵列中纳米间隙(即金纳米球间距)为20nm，本发明实施例2所制得的纳米间隙可控的硅基阵列中纳米间隙(即金纳米球间距)为13nm，本发明实施例2所制得的纳米间隙可控的硅基阵列中纳米间隙(即金纳米球间距)为6nm，因此本发明实施例提供的纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法所制备出的纳米间隙可控的硅基阵列，其纳米间隙随沉金时间增加而减小。
(2)分别将本发明实施例1～3所制得纳米间隙可控的硅基阵列作为表面增强拉曼效应的衬底材料，置于浓度均为10-5Mol/L的糖精钠溶液中浸泡12h，捞出后自然晾干后，采用Renishaw inVia Reflex拉曼光谱仪进行拉曼检测，从而可以得到如图2所示的表面增强拉曼谱图。由图2可以看出：本发明实施例所制备出的不同纳米间隙的硅基阵列在对同一浓度的糖精钠进行拉曼检测时，随纳米间隙从20nm逐渐变化到13nm再变到6nm，其拉曼信号逐渐增强。
(3)分别将本发明实施例1～3所制得纳米间隙可控的硅基阵列作为表面增强拉曼效应的衬底材料，并分别置于不同浓度的糖精钠溶液中浸泡12h，捞出后自然晾干后，采用Renishaw inVia Reflex拉曼光谱仪进行拉曼检测，从而可以得到如图3所示的表面增强拉曼谱图。由图3可以看出：本发明实施例3所制制得纳米间隙的硅基阵列对不同浓度的糖精钠进行拉曼检测均可获得较强的信号，即它可达到很低的检测下限且信号依旧很强。
综上可见，本发明实施例不仅制备方法简单、操作方便、成本低廉、经济环保，而且所制得的纳米间隙可控的硅基阵列构造面积大、均一性好、表面洁净、灵敏度高、检测性好，可直接作为长期稳定且具有高活性表面增强拉曼效应的衬底材料，用于对糖精钠的浓度进行快速痕量检测。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A、在硅片基底上制备紧密排列的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列，从而得到硅片基底单层聚苯乙烯胶体晶体阵列；
步骤B、采用反应离子刻蚀法对所述硅片基底单层聚苯乙烯胶体晶体阵列进行刻蚀，并在刻蚀完成后去除硅片基底上的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列，制得锥形硅基阵列；
步骤C、以所述锥形硅基阵列为模板，采用物理沉积方法在该模板的表面沉积一层厚度为10～50nm的金膜，并在锥形硅基的顶部沉积形成金纳米球，通过控制沉积时间调整金纳米球间距，从而制得纳米间隙可控的硅基阵列。
2.根据权利要求1所述的纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法，其特征在于，所述的采用反应离子刻蚀法对所述硅片基底单层聚苯乙烯胶体晶体阵列进行刻蚀包括：采用六氟化硫作为工作气体对所述硅片基底单层聚苯乙烯胶体晶体阵列进行刻蚀，气体流量为36scc/min、气体压强为2.7Pa，刻蚀时间为28s，刻蚀功率为200W。
3.根据权利要求1或2所述的纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法，其特征在于，所述的在硅片基底上制备紧密排列的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列包括以下步骤：
步骤A1、将硅片基底依次放入丙酮、乙醇、第一混合液、去离子水中进行超声清洗，再对清洗后的硅片基底进行烘干处理，然后放置于紫外臭氧清洗机中辐照10～40min，从而获得表面亲水的硅片基底；其中，所述的第一混合液由质量浓度为1.84g/ml的浓硫酸与质量浓度为1.1g/ml的双氧水按照体积比3:1混合而成；
步骤A2、将所述表面亲水的硅片基底放入聚苯乙烯胶体球乙醇稀释液，并采用气-液界面自组装方法在所述硅片基底上制备出紧密排列的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列。
4.根据权利要求3所述的纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法，其特征在于，所述的聚苯乙烯胶体球乙醇稀释液采用以下方法制备而成：取聚苯乙烯胶体球直径为120nm的聚苯乙烯胶体球悬浮液，并与乙醇等体积混合，再进行10～30min的超声振荡处理，从而制得分散均匀的聚苯乙烯胶体球乙醇稀释液。
5.根据权利要求1或2所述的纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法，其特征在于，所述在刻蚀完成后去除硅片基底上的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列包括：将刻蚀完成后的硅片基底上的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列浸泡在清洗溶剂中进行5～20min的超声处理，再用去离子水进行清洗，从而去除硅片基底上的单层聚苯乙烯胶体晶体阵列。
6.根据权利要求5所述的纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法，其特征在于，所述的清洗溶剂为二氯甲烷、甲苯、乙苯、二甲苯、氯仿中的至少一种。
7.根据权利要求1或2所述的纳米间隙可控的硅基阵列的制备方法，其特征在于，所述物理沉积方法包括磁控溅射沉积、热蒸发沉积或者电子束蒸发沉积。
8.一种纳米间隙可控的硅基阵列的应用，其特征在于，将上述权利要求1至7中任一项所制得的纳米间隙可控的硅基阵列直接作为表面增强拉曼效应的衬底材料。
9.一种纳米间隙可控的硅基阵列的应用，其特征在于，将上述权利要求1至7中任一项所制得的纳米间隙可控的硅基阵列直接作为表面增强拉曼效应的衬底材料，用于对糖精钠的浓度进行快速痕量检测。
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Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109440072A (zh) * 2018-11-23 2019-03-08 杭州电子科技大学 一种新颖纳米周期阵列及其制备方法
CN110987901A (zh) * 2019-12-27 2020-04-10 无锡物联网创新中心有限公司 一种Au-Au二聚体阵列结构及其制备方法和应用
CN111017869A (zh) * 2019-11-21 2020-04-17 厦门大学 一种硅基网络结构及其制备方法
CN111039253A (zh) * 2019-11-27 2020-04-21 无锡物联网创新中心有限公司 一种凹槽复合多凸起结构及其制备工艺
CN111816558A (zh) * 2019-04-12 2020-10-23 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种硅基深孔微结构的制作方法
CN111850500A (zh) * 2019-04-29 2020-10-30 中国科学院微电子研究所 一种离子注入制作sers基底的方法
CN113125406A (zh) * 2019-12-31 2021-07-16 有研工程技术研究院有限公司 一种具有微观有序纳米结构sers基底及制备方法
CN113125405A (zh) * 2019-12-31 2021-07-16 有研工程技术研究院有限公司 一种基于纳米锥针结构的sers基底及制备方法
CN113699481A (zh) * 2021-08-25 2021-11-26 山东智微检测科技有限公司 负载金银纳米膜的复合结构阵列及其制备方法和应用
CN113718199A (zh) * 2021-08-25 2021-11-30 山东智微检测科技有限公司 贵金属结构阵列及其制备方法和应用
CN117658058A (zh) * 2023-12-04 2024-03-08 广东工业大学 硅基宽阵列纳米通孔的制造方法及硅基宽阵列纳米通孔

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101497429B (zh) * 2009-03-06 2010-09-15 吉林大学 硅中空纳米锥阵列的制备方法
CN102126699A (zh) * 2011-01-28 2011-07-20 清华大学 一种利用原子束和纳米孔进行微小尺寸图形制作的方法
CN103361601A (zh) * 2013-05-22 2013-10-23 南开大学 一种制作表面增强拉曼散射基底的方法
CN104911667A (zh) * 2015-06-04 2015-09-16 中国科学院合肥物质科学研究院 一种新型的具有蜂巢状阵列构造的多层复合贵金属纳米孔阵列sers基底的制备方法
CN106929807A (zh) * 2017-03-15 2017-07-07 安徽农业大学 银纳米片修饰的聚丙烯腈纳米柱阵列薄膜sers衬底的制备方法
CN107101988A (zh) * 2017-03-16 2017-08-29 中国科学院合肥物质科学研究院 一种金膜覆盖的高密度纳米针尖阵列及其应用
CN107254704A (zh) * 2017-05-10 2017-10-17 昆明理工大学 一种制备镧钙锰氧纳米线阵列的方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101497429B (zh) * 2009-03-06 2010-09-15 吉林大学 硅中空纳米锥阵列的制备方法
CN102126699A (zh) * 2011-01-28 2011-07-20 清华大学 一种利用原子束和纳米孔进行微小尺寸图形制作的方法
CN103361601A (zh) * 2013-05-22 2013-10-23 南开大学 一种制作表面增强拉曼散射基底的方法
CN104911667A (zh) * 2015-06-04 2015-09-16 中国科学院合肥物质科学研究院 一种新型的具有蜂巢状阵列构造的多层复合贵金属纳米孔阵列sers基底的制备方法
CN106929807A (zh) * 2017-03-15 2017-07-07 安徽农业大学 银纳米片修饰的聚丙烯腈纳米柱阵列薄膜sers衬底的制备方法
CN107101988A (zh) * 2017-03-16 2017-08-29 中国科学院合肥物质科学研究院 一种金膜覆盖的高密度纳米针尖阵列及其应用
CN107254704A (zh) * 2017-05-10 2017-10-17 昆明理工大学 一种制备镧钙锰氧纳米线阵列的方法

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109440072B (zh) * 2018-11-23 2020-11-13 杭州电子科技大学 一种新颖纳米周期阵列及其制备方法
CN109440072A (zh) * 2018-11-23 2019-03-08 杭州电子科技大学 一种新颖纳米周期阵列及其制备方法
CN111816558A (zh) * 2019-04-12 2020-10-23 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所 一种硅基深孔微结构的制作方法
CN111850500A (zh) * 2019-04-29 2020-10-30 中国科学院微电子研究所 一种离子注入制作sers基底的方法
CN111017869A (zh) * 2019-11-21 2020-04-17 厦门大学 一种硅基网络结构及其制备方法
CN111039253A (zh) * 2019-11-27 2020-04-21 无锡物联网创新中心有限公司 一种凹槽复合多凸起结构及其制备工艺
CN110987901A (zh) * 2019-12-27 2020-04-10 无锡物联网创新中心有限公司 一种Au-Au二聚体阵列结构及其制备方法和应用
CN113125406A (zh) * 2019-12-31 2021-07-16 有研工程技术研究院有限公司 一种具有微观有序纳米结构sers基底及制备方法
CN113125405A (zh) * 2019-12-31 2021-07-16 有研工程技术研究院有限公司 一种基于纳米锥针结构的sers基底及制备方法
CN113125405B (zh) * 2019-12-31 2023-06-06 有研工程技术研究院有限公司 一种基于纳米锥针结构的sers基底及制备方法
CN113125406B (zh) * 2019-12-31 2023-06-06 有研工程技术研究院有限公司 一种具有微观有序纳米结构sers基底及制备方法
CN113699481A (zh) * 2021-08-25 2021-11-26 山东智微检测科技有限公司 负载金银纳米膜的复合结构阵列及其制备方法和应用
CN113718199A (zh) * 2021-08-25 2021-11-30 山东智微检测科技有限公司 贵金属结构阵列及其制备方法和应用
CN113718199B (zh) * 2021-08-25 2024-03-15 山东智微检测科技有限公司 贵金属结构阵列及其制备方法和应用
CN117658058A (zh) * 2023-12-04 2024-03-08 广东工业大学 硅基宽阵列纳米通孔的制造方法及硅基宽阵列纳米通孔

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