金纳米碗生长过程的TEM图
贵金属微纳米材料具有表面等离子体共振性质,目前,人们已制备出多种形态的微纳米结构,如纳米粒子、纳米线、纳米管、纳米孔、纳米棒和纳米壳等. 这些不同微纳结构由于其独特的光学、电学、催化及磁学等性质而备受关注.其中贵金属碗状微纳米结构作为一种具有突出光学性质和催化性质的材料成为重要的研究对象.
大多数的纳米碗结构是基于在微球表面沉积的方式获得,在球体表面覆盖一层贵金属材料,在除去中心微球后, 得到微纳米级的贵金属球壳状纳米碗结构, 在传感、光通讯及小型化光学器件和药物筛选等领域具有潜在应用价值.
由于贵金属纳米碗状结构特殊的光学性质, 人们研究了多种制备纳米碗状结构的方法. Rao等报道了一种基于三维胶体晶体的湿法化学合成法, 制备了大面积二维有序的金纳米碗阵列, 这种二维金纳米碗阵列的表面增强拉曼散射的增强因子达到1.27×107; Ye等采用一种多功能的基于离子打磨和HF蒸汽刻蚀技术, 制备了中空金纳米碗和复杂的金纳米碗(拥有内核),提供了一种制备等离子体杂交纳米结构的途径.然而, 除了具有简单形貌的贵金属纳米结构,人们发现复合的贵金属纳米结构拥有更加复杂的、有趣的光学性质.
长春工业大学化学与生命科学学院李东风等人以二氧化硅微球为掩板，利用各向异性等离子体刻蚀技术对光固化树脂薄膜进行选择性刻蚀，制备出微纳级的顶端带凹陷的柱状结构.在材料表面蒸镀一层金后，得到微纳米级柱顶端带有金纳米碗的特殊结构.通过调整刻蚀时间可以改变光固化树脂薄膜表面的柱状结构的高度.随着柱状结构高度的增加，材料的特征峰从500 nm红移至760 nm.运用时域有限差分( FDTD)方法对这种含贵金属结构的电场分布进行模拟，发现在金纳米碗状结构的边缘处存在高强度的电场，这是材料特征峰产生的原因.这种由材料表面结构变化导致材料在光谱中特征峰迁移的现象在传感、光通讯及小型化光学器件和药物筛选等领域具有潜在应用的价值.