用胶体光刻制备周期性金 Nanocup 阵列
Summary
我们用胶体光刻技术演示了周期性金 nanocup 阵列的制作, 并讨论了 nanoplasmonic 薄膜的重要性。
Abstract
近年来, 随着研究人员展示了与化学和光学相关的令人兴奋的应用与新的纳米技术相结合, 电的领域发生了爆炸。等离子体是电荷密度振荡的量子, 它借给纳米金属, 如金和银独特的光学特性。特别是, 金和银纳米粒子表现出局部表面等离子体共振-集体电荷密度振荡的表面 nanoparticle-in 的可见光谱。在这里, 我们专注于制作的各向异性浆纳米结构的周期阵列。这些半 (或 nanocup) 结构可以表现出额外的独特的 light-bending 和偏振相关的光学性质, 简单的各向同性纳米材料不能。研究人员对 nanocups 的周期性阵列的制作有兴趣, 例如低成本光学器件、表面增强拉曼散射和篡改指示等。我们提出了一个可伸缩的技术, 基于胶体光刻, 它可以很容易地制造大周期阵列的 nanocups 使用自旋涂层和自行组装商业可用的聚合物纳米。电子显微镜和光学光谱学从可见光到近红外线 (近红外) 进行, 以确认成功的 nanocup 制造。最后, 我们演示了 nanocups 转移到一个灵活的, 保形胶膜。
Introduction
电的出现与改进的纳米和合成技术一起带来了各种各样的令人兴奋的技术, 如 sub-diffraction 有限的迂回, 增强化学检测和光学传感1 ,2,3。在本协议中, 我们展示了一个可伸缩的和相对低成本的技术, 能够制造 nanopatterned 浆基板使用商业可用的聚合物纳米和蚀刻步骤后, 金属沉积。不像其他制造 nanopatterned 基板的技术, 如电子束光刻机4, 这种技术可以快速有效地扩展到300毫米的硅片, 并以最小的努力, 并使用转移步骤产生灵活和保形薄膜5。
自罗马时代以来, 我们就已经知道, 某些金属, 如金和银, 可以有灿烂的光学性能, 当他们细分化。今天, 我们了解到这些金属粒子在其尺寸接近纳米尺度时表现出一种叫做 “局部表面等离子体共振” (LSPR) 的效应。LSPR 类似于一个驻波, 在金属中发现的弱束缚电子在特定频率的光照亮金属粒子的时候, 会有连贯的振荡。各向异性纳米结构的特殊利益, 因为独特的光学共振可以出现, 由于对称打破6,7,8。
光半 (nanocup) 结构的光照可以激发电偶极子或磁偶极子等离子体模式, 这取决于金属的沉积角度、基体相对入射光的取向以及入射光的偏振度9。Nanocups 通常被认为类似于三维分裂环形谐振器, 其中谐振频率可以近似为 LC 振荡器10,11。谐振频率为聚合物纳米的大小这里使用 (170 毫微米), 沉积的金子的数量 (20 毫微米) 和蚀刻率产生共振频率横跨可见光和接近 IR。
金 nanocups 的光学性能可以通过透射或反射来测量, 这取决于用于自旋涂层的基底。在所提出的协议, 我们选择使用2在. 硅晶片作为基板和执行反射测量后, 金属沉积。测量是使用显微镜耦合的色散光谱仪与卤素光源。我们也成功地使用玻璃基板, 允许在金属沉积后立即进行透射和反射测量。此外, 该技术可以很容易地进行缩放, 并且不限于2。由于高品质单分散聚合物纳米的广泛商业可用性, 简单地从不同大小的纳米开始调整这些结构的光学特性是直接的。
在本协议中, 使用一种称为胶体光刻的方法来制造各向异性半 (或 nanocup) 金纳米结构的技术。胶体光刻采用高度单分散聚合物纳米的自组装, 以快速模式的基板, 可以进一步加工成一个浆基板后溅射涂层一薄层的黄金。同样, 通过在金属沉积过程中倾斜样品基体, 可以调节基体的各向异性。由于所形成的纳米结构的各向异性, 因此产生的构造是极化敏感的。在这里, 我们演示一个特殊的情况, 并进行光学表征和剥离, 以转移到一个透明的, 灵活的薄膜结构。
Protocol
Representative Results
Discussion
该协议演示了一种低成本、高效率的浆金 nanocups 周期阵列制作技术。这种技术是特别有利的, 因为它避免了串行自上而下的过程, 如电子束光刻或聚焦离子束铣削。所提出的技术表明, 商业可用的聚合物纳米可以直接自组装的方式作为一个纳米模板的进一步处理。
修改和故障排除:
如果胶片质量较差, 可能需要预纳米溶液。在这里, 我们使用了5…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项研究是在太平洋西北国家实验室 (4500亿) 进行的, 这是由能源部巴特尔纪念研究所根据合同 No. 管理的。DE-AC05-76RL01830作者衷心感谢美国国务院通过机构间协议 SIAA15AVCVPO10 的关键核查资产基金 (V 基金) 的支持。
Materials
| Polystyrene microspheres | Bangs Laboratories, Inc. | PS02N | 170 nm – 580 nm diameter |
| Silicon wafers | El-CAT, Inc. | 3489 | 300 mm thick, one side polished [100] |
| Adhesive tape | 3M | Scotch 600 | |
| Spin coater | Laurell | WS-650-23B | |
| Plasma etcher | Nordson March | AP-600 | |
| Microspectrophotometer | CRAIC | 380-PV | |
| Sonicator | VWR | 97043-932 | |
| Scintillation vials | Wheaton | 986734 | |
| 5 um syringe filter | Millex | SLSV025LS | |
| Oxygen gas | Oxarc | PO249 | Industrial Grade 99.5% purity |
| Vaccum pump | Kurt J. Lesker | Edwards 28 | |
| Disposable syringes | Air Tite Products Co. | 14-817-25 | 1 mL capacity |
| Water | Sigma-Aldrich | W4502 |
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