一种大面积的二维有序金纳米颗粒阵列及其制备方法与流程

本发明涉及金纳米材料领域，尤其涉及一种大面积的二维有序金纳米颗粒阵列及其制备方法。

背景技术：
金纳米颗粒具有较高的摩尔吸收系数和较好的生物相容性，因此在催化、传感器件、光电子器件、生物技术、生物医学等领域具有广阔的应用前景。随着金纳米颗粒制备技术的不断发展与成熟，大批量各式各样的金纳米颗粒不断地被开发与研究；但如何使这些金纳米颗粒实现性能上的最优化、功能化和器件化一直是亟待解决的重要问题。自组装技术为将组装基元直接集成为功能化纳米材料提供了一种切实可行的新途径；与传统的“自上而下”制备工艺相比，自组装技术具有操作简单方便、不需要昂贵的仪器设备、成本低廉等诸多优点。由金纳米颗粒组装的二维有序结构阵列，其纳米颗粒与纳米颗粒之间会存在强烈的表面等离子激元共振局域场耦合作用，使周围电磁场得到极大增强，从而表现出与单个金纳米颗粒不同的物理性质和化学性质，这使得二维有序金纳米颗粒阵列在表面增强拉曼散射、生物传感器、光催化、光电器件等领域有着广阔的应用前景。而现有的技术中，采用自组装技术通常只能制备出微米或毫米级的小面积二维有序金纳米颗粒阵列，无法制备出厘米级或更大级别的大面积的二维有序金纳米颗粒阵列，而且现有自组装技术制备出的二维有序金纳米颗粒阵列稳定性较差。

技术实现要素：
为了解决现有自组装技术中只能制备小面积二维有序金纳米颗粒阵列，并且所制备二维有序金纳米颗粒阵列稳定差的技术问题，本发明提供了一种大面积的二维有序金纳米颗粒阵列及其制备方法，不仅具有平方厘米级的大面积单层膜结构，而且稳定性高，制备工艺简单、容易操作、成本低廉，十分适合工业化批量生产。本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种大面积的二维有序金纳米颗粒阵列，它是由多个球形金纳米颗粒按照规则六角密排结构有序排布而成的整体面积至少为1cm2的大面积单层膜结构。优选地，该二维有序金纳米颗粒阵列能够在硅基底、石英基底、聚二甲基硅氧烷基底之间转移。一种大面积的二维有序金纳米颗粒阵列的制备方法，包括：步骤A、将球形金纳米颗粒分散于无水乙醇中，再与正丁醇混合，并分散均匀，从而制得金纳米颗粒的正丁醇分散液；其中，正丁醇的用量至少是无水乙醇用量的20倍；步骤B、在水面面积至少为25cm2的盛水容器中，将所述金纳米颗粒的正丁醇分散液沿该容器的容器壁逐滴滴到该容器内的水面上，直至水面上铺满单层金纳米颗粒；步骤C、在经过步骤B处理后，将所述容器静置，直至所述容器内的正丁醇完全挥发；再将无水乙醇沿所述容器的容器壁持续滴到该容器内的水面上，直至水面上的金纳米颗粒集结在一处，从而制得上述技术方案中所述大面积的二维有序金纳米颗粒阵列。优选地，在步骤B中，所述容器内水面的面积大于1cm2。优选地，在步骤A中，如果球形金纳米颗粒是采用球形金纳米颗粒的水分散液，那么该球形金纳米颗粒先进行离心处理，再分散到无水乙醇中。优选地，所述球形金纳米颗粒的水分散液采用以下方法制得：将氯金酸、聚二烯丙基二甲基氯化铵、盐酸加入到乙二醇溶液中，并搅拌均匀，再采用油浴加热到195℃反应30分钟，然后加入到氯金酸溶液中行湿化学刻蚀制得球形金纳米颗粒溶胶，最后对所述球形金纳米颗粒溶胶进行水洗，从而制得球形金纳米颗粒的水分散液。由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例所提供的大面积的二维有序金纳米颗粒阵列及其制备方法先通过自组装方法在容器内的水面上铺满单层稀疏的金纳米颗粒，再将无水乙醇沿容器壁持续向该容器内的水面上滴加，从而使水面上的金纳米颗粒在无水乙醇的推动下向一起靠拢集结，当金纳米颗粒之间的距离足够靠近时，这些金纳米颗粒会在范德瓦尔斯力的主导作用下，稳定地漂浮于水面上，从而就形成了按照规则六角密排结构有序排布、并且整体面积至少为1cm2、呈现出明亮的金黄色光泽的大面积二维有序金纳米颗粒阵列。由此可见，本发明不仅具有厘米级的大面积单层膜结构，而且稳定性高，制备工艺简单、容易操作、成本低廉，十分适合工业化批量生产。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为采用Sirion200场发射扫描电子显微镜对本发明实施例1所制备的大面积的二维有序金纳米颗粒阵列进行拍摄而得到的俯视低倍扫描电子显微镜照片。图2为采用Sirion200场发射扫描电子显微镜对本发明实施例1所制备的大面积的二维有序金纳米颗粒阵列进行拍摄而得到的俯视高倍电子扫描电子显微镜照片。图3为采用Sirion200场发射扫描电子显微镜对本发明实施例1所制备的...