CN113219569B - 贵金属结构产生圆二色信号的结构及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及贵金属结构产生圆二色信号的结构及其制备方法，具体而言，涉及圆二色信号结构领域。本申请提供的结构包括：第一结构层、光刻胶层和第二结构层，当该光照射在本申请的结构的第一结构层或者第二结构层上，由于该第一结构层和第二结构层为互补结构，且均为贵金属结构，则该第一结构层和第二结构层在光的作用下，该第一结构层和第二结构层中的自由电子与光产生耦合，即光激发该第一结构层和第二结构层产生表面等离激元，表面等离激元使得本申请的结构的圆二色性信号比自然界中的手性结构的圆二色性信号强很多，即本申请的结构可以产生较多的圆二色性信号。

Description

贵金属结构产生圆二色信号的结构及其制备方法
技术领域
本申请涉及圆二色信号结构领域，具体而言，涉及一种贵金属结构产生圆二色信号的结构及其制备方法。
背景技术
手性广泛的存在于自然界中，如果某物体与其镜像不同，则其被称为“手性的”，且其镜像是不能与原物体重合的，就如同左手和右手互为镜像而无法叠合。手性是生命过程的基本特征。
圆二色光谱(简称圆二色性)是应用最为广泛的测定手性的方法，是研究手性构象的一种快速、简单、较准确的方法。它可以在溶液状态下测定，较接近其生理状态，而且测定方法快速简便，是研究手性的一个重要手段，因此等离激元手性纳米结构被广泛用于手性检测中。
但是，现有技术中的产生圆二色性的机构较为复杂，并且产生的圆二色性信号也较少，因而需要一种可以结构简单且产生圆二色信号较多的结构。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种贵金属结构产生圆二色信号的结构及其制备方法，以解决现有技术中的产生圆二色性的机构较为复杂，并且产生的圆二色性信号也较少，因而需要一种可以结构简单且产生圆二色信号较多的结构的问题。
为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请提供一种贵金属结构产生圆二色信号的结构，结构包括：第一结构层、光刻胶层和第二结构层，光刻胶层的两侧分别设置有第一结构层和第二结构层，且第一结构层和第二结构层为相互互补的结构，第一结构层包括多个周期设置的纳米结构部，纳米结构部包括：第一纳米结构块、第二纳米结构块和纳米线，第一纳米结构块和第二纳米结构块分别设置在纳米线的两侧，且第一纳米结构块和第二纳米结构块为非轴对称结构排布，第二结构层中的间隙中填充有光刻胶，其中，第一结构层和第二结构层的材料为贵金属材料。
可选地，该纳米线的宽度为40nm-140nm。
可选地，该光刻胶层的厚度为40nm-140nm。
可选地，该纳米结构部的第一纳米结构块和第二纳米结构块的形状为长方形或者平行四边形。
可选地，该纳米结构部的第一纳米结构块和第二纳米结构块的数量为1个或2个。
可选地，该纳米结构部的第一纳米结构块和第二纳米结构块向第二结构层的方向倾斜。
第二方面，本申请提供一种贵金属结构产生圆二色信号的结构的制备方法，用于制备第一方面任意一项的贵金属结构产生圆二色信号的结构，方法包括：
在玻璃基底的一侧使用甩胶机涂覆光刻胶；
烘干光刻胶层的一侧的光刻胶，并使用电子束曝光技术对光刻胶层一侧的光刻胶按照预设图像进行刻蚀；
使用显影液将刻蚀的基底进行定影，并烘干；
使用蒸发镀膜机按照光刻胶层的一侧上刻蚀的形状垂直蒸镀金属结构，得到第一结构层、光刻胶层和第二结构层。
可选地，该在玻璃基底的一侧使用甩胶机涂覆光刻胶的步骤之前还包括：
用去离子水超声清洗玻璃基底15min后，用丙酮超声清洗玻璃基底15min，再用酒精超声清洗玻璃基底15min，之后用去离子水超声清洗玻璃基底5min，最后用氮***吹干玻璃基底。
可选地，该显影液为四甲基二戊酮与异丙醇以体积比为3:1的混合溶液。
本发明的有益效果是：
本申请提供的贵金属结构产生圆二色信号的结构，结构包括：第一结构层、光刻胶层和第二结构层，光刻胶层的两侧分别设置有第一结构层和第二结构层，且第一结构层和第二结构层为相互互补的结构，第一结构层包括多个周期设置的纳米结构部，纳米结构部包括：第一纳米结构块、第二纳米结构块和纳米线，第一纳米结构块和第二纳米结构块分别设置在纳米线的两侧，且第一纳米结构块和第二纳米结构块为非轴对称结构排布，第二结构层中的间隙中填充有光刻胶，其中，第一结构层和第二结构层的材料为贵金属材料；当该光照射在本申请的结构的第一结构层或者第二结构层上，由于该第一结构层和第二结构层均为贵金属结构，则该第一结构层和第二结构层在光的作用下，该第一结构层和第二结构层中的自由电子与光产生耦合，即光激发该第一结构层和第二结构层产生表面等离激元，表面等离激元共振使得本申请的结构的圆二色性信号比自然界中的手性结构的圆二色性信号强很多，即本申请的结构可以产生较多的圆二色性信号，并且本申请的结构由于只包括第一结构层、光刻胶层和第二结构层，则结构也较为简单，实现了结构简单且产生较多的圆二色信号的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种金属结构产生圆二色信号的结构的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的一种金属结构产生圆二色信号的结构的俯视图示意图；
图3为本发明一实施例提供的一种金属结构产生圆二色信号的结构的纳米结构部的示意图；
图4为本发明一实施例提供的一种金属结构产生圆二色信号的结构的透射光谱；
图5为本发明一实施例提供的一种金属结构产生圆二色信号的结构的圆二色性光谱；
图6为本发明一实施例提供的一种金属结构产生圆二色信号的结构左旋圆偏振光照射下的电荷分布图；
图7为本发明一实施例提供的一种金属结构产生圆二色信号的结构右旋圆偏振光照射下的电荷分布图。
图标：10-第一结构层；11-第一纳米结构块；12-第二纳米结构块；13-纳米线；20-第二结构层；30-光刻胶层。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将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，所描述的实施例是本发明一实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了使本发明的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。
图1为本发明一实施例提供的一种金属结构产生圆二色信号的结构的结构示意图；图2为本发明一实施例提供的一种金属结构产生圆二色信号的结构的俯视图示意图；图3为本发明一实施例提供的一种金属结构产生圆二色信号的结构的纳米结构部的示意图；如图1、图2和图3所示，本申请提供一种贵金属结构产生圆二色信号的结构，结构包括：第一结构层10、光刻胶层30和第二结构层20，光刻胶层30的两侧分别设置有第一结构层10和第二结构层20，且第一结构层10和第二结构层20为相互互补的结构，第一结构层10包括多个周期设置的纳米结构部，纳米结构部包括：第一纳米结构块11、第二纳米结构块12和纳米线13，第一纳米结构块11和第二纳米结构块12分别设置在纳米线13的两侧，且第一纳米结构块11和第二纳米结构块12为非轴对称结构排布，第二结构层20中的间隙中填充有光刻胶，其中，第一结构层10和第二结构层20的材料为贵金属材料。
本申请的结构包括第一结构层10、第二结构层20和光刻胶层30，该第一结构层10和该第二结构层20分别设置在该光刻胶层30的两侧，其中，该第一结构层10和该第二结构层20为相互互补的结构，即该第一结构层10若为一个圆圈，则该第二结构层20的结构就位一个半径与该第一结构层10相同，且能将该第一结构层10中的圆圈填充的圆，该第一结构层10的具体结构包括多个周期设置的纳米结构部，该纳米结构部包括第一纳米结构块11、第二纳米结构块12和纳米线13，该第一纳米结构块11和该第二纳米结构块12分别设置在该纳米线13的两侧，且该第一纳米结构块11和第二纳米结构块12为非轴对称结构排布，即该第一纳米结构块11和第二纳米结构块12不是对称设置的，该第一纳米结构块11和第二纳米结构块12的尺寸和具体几何参数根据实际需要而定，在此不做具体限定，该第一结构层10中周期设置的纳米结构部的数量根据实际需要而定，一般的，该纳米结构部的数量为4、9、16等自然数，为了方便说明，在此以该纳米结构部的数量为四个进行说明，四个相同的纳米结构部周期设置为该第一结构层10，即四个纳米结构部2*2设置，由于该第二结构层20与该第一结构层10为互补结构，则该第二结构层20也应该包括四个分别与该纳米结构部互补的结构周期设置而成，即由于该第一结构层10由四个纳米结构部组成，每个纳米结构部均包括第一纳米结构块11、第二纳米结构块12和纳米线13，即表明该第一结构层10上内部具有孔洞，则该孔洞的形状就为该第二结构层20的形状，该第二结构层20中，第一结构层10在该第二结构层20上的投影均为孔洞或者间隙，该孔洞或者间隙内部填充有光刻胶，即本申请的结构具体为，该第二结构层20的间隙处填充有光刻胶，且该光刻胶和该第二结构层20远离该第一结构层10一侧在一个平面内，该第二结构层20靠近该第一结构层10的一侧还设置有该光刻胶层30，该光刻胶层30远离该第二结构层20的一侧设置有该第一结构层10，该第一结构层10与该第二结构层20为互补结构，并且第一结构层10和第二结构层20的材料为贵金属材料，在实际应用中，该第一结构层10和该第二结构层20的材料可以为贵金属中的任意一种贵金属单质，也可以为贵金属中多种贵金属组成的混合贵金属材料，若该第一结构层10和该第二结构层20的材料为多个贵金属组成的混合贵金属材料，则该混合贵金属材料中的贵金属种类和各个种类的贵金属之间的比例根据实际需要而定，在此不做具体限定；当该光照射在本申请的结构的第一结构层10或者第二结构层20上，由于该第一结构层10和第二结构层20均为贵金属结构，则该第一结构层10和第二结构层20在光的作用下，该第一结构层10和第二结构层20中的自由电子与光产生耦合，即光激发该第一结构层10和第二结构层20产生表面等离激元，表面等离激元使得本申请的结构的圆二色性信号比自然界中的手性结构的圆二色性信号强很多，即本申请的结构可以产生较多的圆二色性信号，并且本申请的结构由于只包括第一结构层10、光刻胶层30和第二结构层20，则结构也较为简单，实现了结构简单且产生较多的圆二色信号的目的。
圆二色信号为指LCP和RCP经过手性结构的时候，其对两种偏振态的电磁波吸收/透射率的差值。
可选地，该纳米线13的宽度为40nm-140nm。
该纳米线13的宽度可以为40nm，也可以为140nm，还可以为40nm-140nm之间任意尺寸，在此不做具体限定。
可选地，该光刻胶层30的厚度为40nm-140nm。
该光刻胶层30的厚度可以为40nm，也可以为140nm，还可以为40nm-140nm之间任意尺寸，在此不做具体限定
可选地，该纳米结构部的第一纳米结构块11和第二纳米结构块12的形状为长方形或者平行四边形。
该纳米结构部的第一纳米结构块11和第二纳米结构块12的形状可以为长方形，也可以为平行四边形，若该纳米结构部的第一纳米结构块11和第二纳米结构块12的形状为长方形，则该第一纳米结构块11和第二纳米结构块12之间间隙的形状也为长方形，即该第二结构层20内部的结构也为长方形；若该纳米结构部的第一纳米结构块11和第二纳米结构块12的形状为平行四边形，则该第一纳米结构块11和第二纳米结构块12之间间隙的形状也为平行四边形，即该第二结构层20内部的结构也为平行四边形，平行四边形的第一纳米结构块11和第二纳米结构块12为倾斜设置，倾斜的第一纳米结构块11和第二纳米结构块12会使得左右的电荷分布在z方向更多，使得对下层耦合的SPP更强，提高左旋光的透射率，进而使得圆二色性信号更大。
图4为本发明一实施例提供的一种金属结构产生圆二色信号的结构的透射光谱；图5为本发明一实施例提供的一种金属结构产生圆二色信号的结构的圆二色性光谱；如图4和图5所示，为了进一步说明，在此以该纳米结构部的第一纳米结构块11和第二纳米结构块12的形状为长方形进行具体说明，种贵金属结构产生圆二色信号的结构的透射光谱和CD光谱，其中T--代表在左旋圆偏振光照射下的透射光谱，T++代表在右旋圆偏振光照射下的透射光谱，CD＝T--—T++。计算的参数：周期Px＝Py＝500nm，上下层之间的间距为80nm，金属结构的厚度为100nm。两个矩形块错开160nm。纳米线13的宽度为100nm。
如图4和图5所示，产生了两个共振模式I和II的透射率有很大的差异。如图5所示，模式I和II分别都产生了两个CD信号，其中模式II的CD值达到了20％。在模式II处，左旋圆偏振光照射下有很大的透射率，是由于左旋圆偏振光照射在结构上激发出了surfaceplasmon polaritons(SPPs)模式.
图6为本发明一实施例提供的一种金属结构产生圆二色信号的结构左旋圆偏振光照射下的电荷分布图；如图6所示，图6中的四个部分从左到右依次为该金属结构产生圆二色信号的结构与入射光垂直的四个表面，自上而下分别为第一表面，第二表面，第三表面和第四表面分别在左旋圆偏振光的照射下的电荷分布情况，从图中可以看出在结构四个表面的一侧分布的是正电荷，在结构的另一侧分布的是负电荷，因此该SPPs模式，是从左向右的传播。并且，第一结构层10和第二结构层20之间的相互耦合，第一结构层10的表面和第二结构层20的表面上的SPP模式共振被增强的更大，所以有较大的透射。右旋圆偏振光照射下透射率很小，是由于右旋圆偏振光照射在结构上激发的局域表面等离激元共振(LSP)；图7为本发明一实施例提供的一种金属结构产生圆二色信号的结构右旋圆偏振光照射下的电荷分布图；如图7所示，图7中的四个部分从左到右依次为该金属结构产生圆二色信号的结构与入射光垂直的四个表面，自上而下分别为第一表面，第二表面，第三表面和第四表面分别在右旋圆偏振光的照射下的电荷分布情况，且透射率很小。左旋圆偏振光照射下和右旋圆偏振光照射下模式的差异，导致了较大的CD信号。即本申请提供的结构产生透射的圆二色信号最大值可以达到20％。其CD信号主要是由于在左旋光的照射下形成的是SPPs模式，在右旋光照射下形成的是LSP模式，SPPs模式有高的透射率，所以产生了大的CD信号。并且，为产生CD提供了新的机制或者思路。
可选地，该纳米结构部的第一纳米结构块11和第二纳米结构块12的数量为1个或2个。
该纳米结构部的第一纳米结构块11和第二纳米结构块12的数量可以为一个，也可以为两个，若该第一结构层10的纳米结构部的第一纳米结构块11和第二纳米结构块12的数量为两个时，该纳米线13一侧设置两个矩形块，纳米线13另一侧设置一个矩形块，第二结构层20是第一结构层10它的互补结构。多个矩形块会使得左右的电荷分布在y方向更多，使得对第二结构层20耦合的SPP模式更强，提高左旋光的透射率，进而使得CD信号更大
可选地，该纳米结构部的第一纳米结构块11和第二纳米结构块12向第二结构层20的方向倾斜。
纳米结构部的第一纳米结构块11和第二纳米结构块12向第二结构层20的方向倾斜，即该纳米结构部的第一纳米结构块11和第二纳米结构块12向下倾斜，即就是在第一结构层10和第二结构层20之间聚集的电荷更多，进而使得SPP模式的共振更强，提高左旋光的透射率，进而使得CD信号更大。
本申请提供的贵金属结构产生圆二色信号的结构，结构包括：第一结构层10、光刻胶层30和第二结构层20，光刻胶层30的两侧分别设置有第一结构层10和第二结构层20，且第一结构层10和第二结构层20为相互互补的结构，第一结构层10包括多个周期设置的纳米结构部，纳米结构部包括：第一纳米结构块11、第二纳米结构块12和纳米线13，第一纳米结构块11和第二纳米结构块12分别设置在纳米线13的两侧，且第一纳米结构块11和第二纳米结构块12为非轴对称结构排布，第二结构层20中的间隙中填充有光刻胶，其中，第一结构层10和第二结构层20的材料为贵金属材料；当该光照射在本申请的结构的第一结构层10或者第二结构层20上，由于该第一结构层10和第二结构层20均为贵金属结构，则该第一结构层10和第二结构层20在光的作用下，该第一结构层10和第二结构层20中的自由电子与光产生耦合，即光激发该第一结构层10和第二结构层20产生表面等离激元，表面等离激元使得本申请的结构的圆二色性信号比自然界中的手性结构的圆二色性信号强很多，即本申请的结构可以产生较多的圆二色性信号，并且本申请的结构由于只包括第一结构层10、光刻胶层30和第二结构层20，则结构也较为简单，实现了结构简单且产生较多的圆二色信号的目的。
本申请提供一种贵金属结构产生圆二色信号的结构的制备方法，用于制备上述任意一项的贵金属结构产生圆二色信号的结构，方法包括：
在玻璃基底的一侧使用甩胶机涂覆光刻胶；
烘干光刻胶层的一侧的光刻胶，并使用电子束曝光技术对光刻胶层一侧的光刻胶按照预设图像进行刻蚀；
使用显影液将刻蚀的基底进行定影，并烘干；
使用蒸发镀膜机按照光刻胶层的一侧上刻蚀的形状垂直蒸镀金属结构，得到第一结构层、光刻胶层和第二结构层。
可选地，该在玻璃基底的一侧使用甩胶机涂覆光刻胶的步骤之前还包括：
用去离子水超声清洗玻璃基底15min后，用丙酮超声清洗玻璃基底15min，再用酒精超声清洗玻璃基底15min，之后用去离子水超声清洗玻璃基底5min，最后用氮***吹干玻璃基底。
可选地，该显影液为四甲基二戊酮与异丙醇以体积比为3:1的混合溶液。
本申请的结构具体地制备方法包括：步骤1，准备基底：准备玻璃基底并清洗吹干；厚度为1.0mm，长宽尺寸为20.0mm*20.0mm的ITO玻璃。用去离子水超声15min后，用丙酮超声15min，再用酒精超声15min，之后用去离子水超声5min，最后用氮***吹干后放入氮气柜中备用；步骤2，涂光刻胶：用甩胶机在步骤1准备好的玻璃基底上涂覆PMMA光刻胶；步骤3，涂胶后烘干：将步骤2涂覆PMMA光刻胶的基底放在热板上烘干；烘干的温度为150℃，时间为3min；步骤4，电子束曝光结构图形：用图形发生器设计错开的平行板图1(右侧)中白色区域的图形，并用电子束曝光图形，得到曝光后的基底；曝光时，电子束对结构的图形部分的PMMA光刻胶进行刻蚀；步骤5，显影：常温下，将步骤4中曝光好的基底放入显影液中浸泡显影，显影的时间为60s。显影液由四甲基二戊酮与异丙醇以体积比为3:1配合制成；步骤6，定影：将步骤5浸泡显影后的基底放入定影液中浸泡定影，定影完成后将基底取出，用氮气吹干；浸泡定影的时间为30s；步骤7，定影后烘干：将步骤6浸泡定影后并吹干的基底放在热板上烘干；步骤8，蒸镀金属：将步骤7定影后烘干的基底放入电子束真空蒸发镀膜机先垂直蒸镀第一层贵金属。
本申请提供的贵金属结构产生圆二色信号的结构的制备方法具体的有益效果为：通过提供一种贵金属结构产生圆二色信号的制备方法，该双层结构通过干法刻蚀只需要刻蚀一次，不需要套刻，多次刻蚀就可以得到双层的手性贵金属结构，为制备手性结构提供了新的方法。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种贵金属结构产生圆二色信号的结构，其特征在于， 所述结构包括：第一结构层、光刻胶层和第二结构层，所述光刻胶层的两侧分别设置有所述第一结构层和所述第二结构层， 且所述第一结构层和所述第二结构层为相互互补的结构，所述第一结构层包括多个周期设置的纳米结构部，所述纳米结构部包括：第一纳米结构块、第二纳米结构块和纳米线，所述第一纳米结构块和所述第二纳米结构块分别设置在所述纳米线的两侧，且所述第一纳米结构块和所述第二纳米结构块为非轴对称结构排布，所述第二结构层中的间隙中填充有光刻胶，其中， 所述第一结构层和所述第二结构层的材料为贵金属材料；所述贵金属结构产生圆二色信号的结构由以下方法制成，包括：
在玻璃基底的一侧使用甩胶机涂覆光刻胶；
烘干所述光刻胶层的一侧的光刻胶，并使用电子束曝光技术对所述光刻胶层一侧的光刻胶按照预设图像进行刻蚀；
使用显影液将刻蚀的基底进行定影，并烘干；
使用蒸发镀膜机按照所述光刻胶层的一侧上刻蚀的形状垂直蒸镀金属结构，得到第一结构层、光刻胶层和第二结构层。
2.根据权利要求 1 所述的贵金属结构产生圆二色信号的结构，其特征在于，所述纳米线的宽度为 40nm-140nm。
3.根据权利要求 2 所述的贵金属结构产生圆二色信号的结构，其特征在于，所述光刻胶层的厚度为 40nm-140nm。
4.根据权利要求 3 所述的贵金属结构产生圆二色信号的结构，其特征在于，所述纳米结构部的所述第一纳米结构块和所述第二纳米结构块的形状为长方形或者平行四边形。
5.根据权利要求 4 所述的贵金属结构产生圆二色信号的结构，其特征在于，所述纳米结构部的所述第一纳米结构块和所述第二纳米结构块的数量为 1 个或 2 个。
6.根据权利要求 5 所述的贵金属结构产生圆二色信号的结构，其特征在于，所述纳米结构部的所述第一纳米结构块和所述第二纳米结构块向所述第二结构层的方向倾斜。
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