有序金属纳/微米环的制备方法与流程

本发明涉及于一种纳/微米环的制备方法，尤其是一种有序金属纳/微米环的制备方法。

背景技术：

近年来，由于在光伏、生物传感器、有序纳米材料制作、细胞迁移和粘附等方面的巨大应用前景，有序金属纳/微米环的研究受到了广泛的关注。目前，人们为了获得金属纳/微米环，做出了不懈的努力，如中国发明专利申请CN 102658373 A于2012年9月12日公布的一种银纳米环的制备方法。其采用高温搅拌加热的方法，以乙二醇作为溶剂和还原剂，聚乙烯吡咯烷酮作为表面保护剂，反应产物通过离心清洗，得到含有银纳米环的溶液。这种制备方法虽有着工艺简单、成本较低的优点，然其获得的产物却为无序分布状态，且纳米环的几何参数也无法人为的控制。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种金属纳/微米环为有序分布、环的几何参数可控的有序金属纳/微米环的制备方法。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：有序金属纳/微米环的制备方法包括磁控溅射法，特别是主要步骤如下：

步骤1，先使用电镀或磁控溅射或热蒸发技术于基板上沉积金属薄膜，再将胶体球单层密排于金属薄膜上后加热基板，得到覆有金属薄膜和膜上粘附有胶体球的基板；

步骤2，先使用氧等离子体刻蚀胶体球，得到覆有金属薄膜和膜上粘附有松散状有序排列的胶体球的基板，再将覆有金属薄膜和膜上粘附有松散状有序排列的胶体球的基板置于磁控溅射仪中的靶材处，对其使用氩气溅射20～30s，得到其上置有上部连接碗状金属的金属环的基板；

步骤3，将其上置有上部连接碗状金属的金属环的基板置于乙醇中超声至少3min，制得有序金属纳/微米环；

所述有序金属纳/微米环呈六方有序排列于基板上，其环内直径为50nm～50μm、环高≤100nm、环周期为100nm～100μm。

作为有序金属纳/微米环的制备方法的进一步改进：

优选地，基板为高掺杂硅基板，或导电玻璃基板。

优选地，金属薄膜为厚度1～100nm的铝薄膜，或铁薄膜，或金薄膜，或银薄膜，或镍薄膜，或钛薄膜。

优选地，胶体球为球直径100nm～100μm的聚苯乙烯胶体球，或二氧化硅胶体球。

优选地，在将胶体球密排于金属薄膜上之前，先使用氩等离子体清洗覆有金属薄膜的基板至少1min。

优选地，加热基板时的温度为110～130℃、时间为6～8s。

优选地，氧等离子体刻蚀胶体球的时间为1～60s。

相对于现有技术的有益效果是：

其一，对制得的产物使用扫描电镜进行表征，由其结果可知，产物为呈六方有序排列于基板上的有序金属纳/微米环，其环内直径为50nm～50μm、环高≤100nm、环周期为100nm～100μm。这种由金属纳/微米环有序组装成的产物，既由于金属纳/微米环呈有序排列，又因金属纳/微米环的几何参数可人为控制，使其极适于应用于特定的场合，拓展了其应用的范围。

其二，制备方法科学、有效。不仅制得了金属纳/微米环为有序分布、环的几何参数可控的产物——有序金属纳/微米环，还通过胶体球模板技术和磁控溅射技术的有机结合，一次性就形成了金属纳/微米环阵列，更有着通过调节胶体球直径、沉积金属厚度、氧等离子体刻蚀时间，方便地调整了金属纳/微米环的周期、孔径、填充比的特点；进而使产物极易于广泛地应用于光伏、生物传感器、有序纳米材料制作、细胞迁移和粘附等领域。

附图说明

图1是本发明的一种基本工艺流程图。

图2是对本发明制得的产物使用扫描电镜(SEM)进行表征的结果之一。SEM图像显示出了产物的形貌和尺寸。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的描述。

首先从市场购得或自行制得：

作为基板的高掺杂硅基板和导电玻璃基板；

作为胶体球的商业化单分散的直径为100nm～100μm的聚苯乙烯胶体球和二氧化硅胶体球。

接着，

实施例1

制备的具体步骤为：

步骤1，先使用磁控溅射(或电镀或热蒸发)技术于基板上沉积金属薄膜；其中，基板为高掺杂硅基板，金属薄膜为厚度1nm的铝薄膜(或铁薄膜，或金薄膜，或银薄膜，或镍薄膜，或钛薄膜)。再使用氩等离子体清洗覆有金属薄膜的基板1min后，将胶体球单层密排于金属薄膜上后加热基板；其中，胶体球为球直径100nm的聚苯乙烯胶体球，加热基板时的温度为110℃、时间为8s，得到覆有金属薄膜和膜上粘附有胶体球的基板。

步骤2，先使用氧等离子体刻蚀胶体球1s，得到覆有金属薄膜和膜上粘附有松散状有序排列的胶体球的基板。再将覆有金属薄膜和膜上粘附有松散状有序排列的胶体球的基板置于磁控溅射仪中的靶材处，对其使用氩气溅射20s，得到其上置有上部连接碗状金属的金属环的基板。

步骤3，将其上置有上部连接碗状金属的金属环的基板置于乙醇中超声3min，制得近似于图2所示的有序金属纳/微米环。

实施例2

制备的具体步骤为：

步骤1，先使用磁控溅射(或电镀或热蒸发)技术于基板上沉积金属薄膜；其中，基板为高掺杂硅基板，金属薄膜为厚度25nm的铝薄膜(或铁薄膜，或金薄膜，或银薄膜，或镍薄膜，或钛薄膜)。再使用氩等离子体清洗覆有金属薄膜的基板1.5min后，将胶体球单层密排于金属薄膜上后加热基板；其中，胶体球为球直径500nm的聚苯乙烯胶体球，加热基板时的温度为115℃、时间为7.5s，得到覆有金属薄膜和膜上粘附有胶体球的基板。

步骤2，先使用氧等离子体刻蚀胶体球15s，得到覆有金属薄膜和膜上粘附有松散状有序排列的胶体球的基板。再将覆有金属薄膜和膜上粘附有松散状有序排列的胶体球的基板置于磁控溅射仪中的靶材处，对其使用氩气溅射23s，得到其上置有上部连接碗状金属的金属环的基板。

步骤3，将其上置有上部连接碗状金属的金属环的基板置于乙醇中超声4min，制得如图2所示的有序金属纳/微米环。

实施例3

制备的具体步骤为：

步骤1，先使用磁控溅射(或电镀或热蒸发)技术于基板上沉积金属薄膜；其中，基板为高掺杂硅基板，金属薄膜为厚度50nm的铝薄膜(或铁薄膜，或金薄膜，或银薄膜，或镍薄膜，或钛薄膜)。再使用氩等离子体清洗覆有金属薄膜的基板2min后，将胶体球单层密排于金属薄膜上后加热基板；其中，胶体球为球直径50μm的聚苯乙烯胶体球，加热基板时的温度为120℃、时间为7s，得到覆有金属薄膜和膜上粘附有胶体球的基板。

步骤2，先使用氧等离子体刻蚀胶体球30s，得到覆有金属薄膜和膜上粘附有松散状有序排列的胶体球的基板。再将覆有金属薄膜和膜上粘附有松散状有序排列的胶体球的基板置于磁控溅射仪中的靶材处，对其使用氩气溅射25s，得到其上置有上部连接碗状金属的金属环的基板。

步骤3，将其上置有上部连接碗状金属的金属环的基板置于乙醇中超声5min，制得近似于图2所示的有序金属纳/微米环。

实施例4

制备的具体步骤为：

步骤1，先使用磁控溅射(或电镀或热蒸发)技术于基板上沉积金属薄膜；其中，基板为高掺杂硅基板，金属薄膜为厚度75nm的铝薄膜(或铁薄膜，或金薄膜，或银薄膜，或镍薄膜，或钛薄膜)。再使用氩等离子体清洗覆有金属薄膜的基板2.5min后，将胶体球单层密排于金属薄膜上后加热基板；其中，胶体球为球直径75μm的聚苯乙烯胶体球，加热基板时的温度为125℃、时间为6.5s，得到覆有金属薄膜和膜上粘附有胶体球的基板。

步骤2，先使用氧等离子体刻蚀胶体球45s，得到覆有金属薄膜和膜上粘附有松散状有序排列的胶体球的基板。再将覆有金属薄膜和膜上粘附有松散状有序排列的胶体球的基板置于磁控溅射仪中的靶材处，对其使用氩气溅射28s，得到其上置有上部连接碗状金属的金属环的基板。

步骤3，将其上置有上部连接碗状金属的金属环的基板置于乙醇中超声6min，制得近似于图2所示的有序金属纳/微米环。

实施例5

制备的具体步骤为：

步骤1，先使用磁控溅射(或电镀或热蒸发)技术于基板上沉积金属薄膜；其中，基板为高掺杂硅基板，金属薄膜为厚度100nm的铝薄膜(或铁薄膜，或金薄膜，或银薄膜，或镍薄膜，或钛薄膜)。再使用氩等离子体清洗覆有金属薄膜的基板3min后，将胶体球单层密排于金属薄膜上后加热基板；其中，胶体球为球直径100μm的聚苯乙烯胶体球，加热基板时的温度为130℃、时间为6s，得到覆有金属薄膜和膜上粘附有胶体球的基板。

步骤2，先使用氧等离子体刻蚀胶体球60s，得到覆有金属薄膜和膜上粘附有松散状有序排列的胶体球的基板。再将覆有金属薄膜和膜上粘附有松散状有序排列的胶体球的基板置于磁控溅射仪中的靶材处，对其使用氩气溅射30s，得到其上置有上部连接碗状金属的金属环的基板。

步骤3，将其上置有上部连接碗状金属的金属环的基板置于乙醇中超声7min，制得近似于图2所示的有序金属纳/微米环。

再分别选用作为基板的高掺杂硅基板或导电玻璃基板，作为胶体球的商业化单分散的直径为100nm～100μm的聚苯乙烯胶体球或二氧化硅胶体球，重复上述实施例1～5，同样制得了如或近似于图2所示的有序金属纳/微米环。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的有序金属纳/微米环的制备方法进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。