表面等離激元開關(guān)及其制造方法
【專利摘要】基于核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料制造的表面等離激元開關(guān)及其制造方法，利用具有可調(diào)介電性質(zhì)的聚苯胺來賦予金納米晶一個可控的三維介電環(huán)境，通過引入電化學(xué)手段和改變質(zhì)子摻雜度來可逆控制此三維介電環(huán)境的介電性質(zhì)，進(jìn)而實現(xiàn)對表面等離激元共振開關(guān)的構(gòu)建。通過電化學(xué)手段調(diào)節(jié)聚苯胺殼層結(jié)構(gòu)的介電性質(zhì)后，該表面等離激元開關(guān)可具有可見光波段高通，近紅外光波段低透的功能，從而使其在智能窗的設(shè)計與制作方面具有很大的應(yīng)用潛力。該表面等離激元開關(guān)還可被置入微流芯片中，并作為微流芯片的光開關(guān)，利于對芯片中樣品進(jìn)行光學(xué)分析。使用一種新型的核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料來制造表面等離激元開關(guān)，并提供其制造方法。
【專利說明】
表面等離激元開關(guān)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及納米光子學(xué)領(lǐng)域，具體涉及基于核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料的表面等離激元開關(guān)及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為目前納米光子學(xué)的研究熱點，表面等離激元是電子及電磁場的共諧振蕩量子化后的準(zhǔn)粒子。它起源于金屬(或高摻雜半導(dǎo)體)中自由電子在入射光的電磁場激發(fā)下，電子運動與電磁場互相激勵產(chǎn)生的共諧振蕩。它可以沿著金屬薄膜和介質(zhì)的界面?zhèn)鞑?，也可以被局域到具有亞波長尺度的金屬材料，例如金納米晶。當(dāng)局域表面等離激元共振被激發(fā)時，金納米晶對光產(chǎn)生了強(qiáng)的吸收和散射，并且在金納米晶的表面附近產(chǎn)生了極大的局域電場。此共振特性強(qiáng)烈地依賴于金納米晶的材料組成、形狀、大小、周圍介電環(huán)境以及與鄰近納米晶間的距離。可逆地改變這些因素就可對局域表面等離激元共振的頻率和強(qiáng)度進(jìn)行主動控制，從而實現(xiàn)對外界入射光場和局域電場的可逆控制。一般來說，具有主動控制表面等離激元共振功能的結(jié)構(gòu)或器件常被定義為表面等離激元開關(guān)。由于具有對外界光場的可逆控制功能，表面等離激元開關(guān)在制造智能顯示器、智能窗、光存儲設(shè)備、以及高級可控變色產(chǎn)品中具有很大的應(yīng)用前景。對于特定形狀大小的金納米晶來說，可逆改變形狀和形狀是極其困難的。于是，科學(xué)家們就寄希望于在金納米晶周圍構(gòu)建可控的介電環(huán)境，并以此為設(shè)計原理制造出表面等離激元開關(guān)。
[0003]聚苯胺是一種具有良好環(huán)境穩(wěn)定性的導(dǎo)電聚合物。其導(dǎo)電率的大小隨著質(zhì)子摻雜度和自身氧化還原程度的改變而改變。眾所周知，材料的導(dǎo)電性質(zhì)與介電性質(zhì)是密切相關(guān)的，所以聚苯胺的介電性質(zhì)同樣受到以上兩個因素的影響。基于此，聚苯胺有望作為金納米晶周圍可控的介電環(huán)境。LacroiX等(Electrochemistry Communicat1ns 2007,9,1258；ACS Nano 2008，2，728)制備了聚苯胺膜覆蓋的金納米晶陣列，并探索了在電化學(xué)手段控制下聚苯胺氧化還原程度的改變對表面等離激元共振的影響。但由于聚苯胺膜無法與金納米晶的三維表面進(jìn)行完全的接觸，對表面等離激元共振所進(jìn)行的控制程度十分有限。而且在這些研究中，金納米晶陣列是通過電子束蝕刻得到的，相較于化學(xué)合成的金納米晶所承載的表面等離激元共振性能較差，對周圍介電環(huán)境改變的響應(yīng)能力也較弱(NatureCommunicat1ns 2010,1,150)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的主要目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料的表面等離激元開關(guān)及其制造方法，使金納米晶的三維表面與周圍介電環(huán)境(聚苯胺)發(fā)生完全的接觸，從而在調(diào)制表面等離激元共振方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。
[0005]為實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
[0006]—種基于核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料制作表面等離激元開關(guān)的方法，所述方法利用電化學(xué)手段改變聚苯胺的氧化還原度，進(jìn)而改變其介電性質(zhì)，其中，通過控制核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米顆粒溶液的濃度以及該溶液與電極的接觸時間，使核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米顆粒分散于電極表面，將該電極作為電化學(xué)反應(yīng)池的工作電極，在外加電壓的作用下改變聚苯胺的氧化還原度。
[0007]一種基于核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料制作表面等離激元開關(guān)的方法，所述方法利用酸堿溶液改變聚苯胺的質(zhì)子摻雜度，進(jìn)而改變其介電性質(zhì)，其中，通過控制核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米顆粒溶液的濃度以及該溶液與襯底的接觸時間，使核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米顆粒分散于耐強(qiáng)酸和強(qiáng)堿溶液的襯底，將負(fù)載有納米顆粒的襯底與強(qiáng)酸和強(qiáng)堿溶液相接觸，實現(xiàn)聚苯胺分子鏈中質(zhì)子的摻雜和脫摻雜。
[0008]在借助外界電化學(xué)手段改變聚苯胺的氧化還原度或者通過控制質(zhì)子摻雜度的條件下，殼層結(jié)構(gòu)的聚苯胺的介電性質(zhì)被可逆調(diào)制，一種新型表面等離激元開關(guān)因此隨之誕生。通過選擇不同形狀不同大小的金納米晶作為內(nèi)核，該納米材料所承載的表面等離激元共振波長可以從可見光調(diào)節(jié)到近紅外波段。而在調(diào)節(jié)聚苯胺殼層結(jié)構(gòu)的介電性質(zhì)后，該表面等離激元開關(guān)可具有可見光波段高通，近紅外光波段低透的功能。這一功能可使表面等離激元開關(guān)在智能窗的設(shè)計與制作方面具有很大的應(yīng)用潛力。
[0009]進(jìn)一步地，所述耐強(qiáng)酸和強(qiáng)堿溶液的襯底為透明聚合物襯底，例如聚二甲基硅氧烷或者聚甲基丙烯酸甲酯。
[0010]進(jìn)一步地，以負(fù)載有金聚苯胺復(fù)合納米顆粒的聚二甲基硅氧烷襯底作為一微流芯片的頂蓋，所述微流芯片另一部分是刻有進(jìn)出孔道的聚二甲基硅氧烷襯底，通過交替地向所述微流芯片注入酸和堿溶液進(jìn)行聚苯胺的質(zhì)子摻雜和脫摻雜，實現(xiàn)所述表面等離激元開關(guān)。
[0011]一種使用所述方法制作的基于核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料的表面等離激元開關(guān)，所述表面等離激元開關(guān)是以核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料為主體，通過控制聚苯胺的介電性質(zhì)實現(xiàn)其開關(guān)功能。
[0012]進(jìn)一步地，所述金聚苯胺復(fù)合納米材料以金納米晶為核心，表面包覆納米級厚度聚苯胺作為殼層材料，金納米晶的形狀包括棒狀、球狀、板狀、星狀以及多面體。
[0013]進(jìn)一步地，聚苯胺的殼層厚度控制在4?100納米。
[0014]一種用于前述方法的核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料的制備方法，包括以下步驟:
[0015]I)將苯胺單體溶解于陰離子表面活性劑水溶液中；
[0016]2)將金納米晶加入并分散于步驟I)中的溶液，混合振蕩10?30分鐘；
[0017]3)將氧化劑溶解于無機(jī)酸中，然后與所述溶液混合振蕩3?10分鐘后，在室溫下反應(yīng)5?8小時后即得到具有核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料。
[0018]進(jìn)一步地:
[0019]苯胺單體與金納米晶顆粒的最終摩爾濃度比為:3X113?1.8X1015。
[0020]氧化劑與苯胺單體的摩爾比為1:3?2:1。
[0021 ]所述氧化劑為過硫酸銨或者過硫酸鉀。
[0022]所述陰離子表面活性劑為硫酸酯鹽或磺酸鹽類陰離子表面活性劑，例如十二烷基硫酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉，陰離子表面活性劑的濃度為0.2?0.8倍的臨界膠束濃度。
[0023]所述無機(jī)酸為鹽酸、硫酸或者高氯酸等質(zhì)子酸。
[0024]本發(fā)明的有益效果:
[0025]本發(fā)明利用具有可調(diào)介電性質(zhì)的聚苯胺來賦予金納米晶一個可控的三維介電環(huán)境，通過引入電化學(xué)手段、改變質(zhì)子摻雜度來可逆控制此三維介電環(huán)境的介電性質(zhì)，進(jìn)而實現(xiàn)對表面等離激元開關(guān)的構(gòu)建。本發(fā)明可使金納米晶的三維表面與周圍介電環(huán)境(聚苯胺)發(fā)生完全的接觸，從而在調(diào)制表面等離激元共振方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。本發(fā)明的表面等離激元開關(guān)的突出優(yōu)點在于:(I)在納米尺度上展現(xiàn)了良好的光學(xué)控制性能；(2)金納米晶可以在很寬波長范圍有光響應(yīng)，因此可以選擇性地改變其控制的光學(xué)窗口，再結(jié)合電化學(xué)手段的使用，使得該開關(guān)在在智能窗的設(shè)計與制作方面具有很大的應(yīng)用潛力；(3)在可見光區(qū)的調(diào)制實際上很好地展現(xiàn)了顏色調(diào)控能力，與現(xiàn)有變色材料相比較具有更好的調(diào)控能力和環(huán)境穩(wěn)定性；(4)金納米晶顆粒具有很強(qiáng)的消光截面，因而與單一聚苯胺材料相比，在調(diào)制相同的光吸收強(qiáng)度時復(fù)合納米顆粒所需的質(zhì)量和體積用量更少；(5)該開關(guān)可作為微流芯片中的光開關(guān)，利于對芯片中樣品進(jìn)行光學(xué)分析。
【附圖說明】
[0026]圖1a為實施例1中經(jīng)過一次合成步驟所制得的核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺納米棒復(fù)合材料的透射電鏡照片，圖1b為實施例1中經(jīng)過兩次合成步驟所制得的核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺納米棒復(fù)合材料的透射電鏡圖。
[0027]圖2a和圖2b為實施例1所制得的具有殼層厚度為39nm的聚苯胺包覆的金納米棒通過控制質(zhì)子摻雜度在單顆粒尺度上所展現(xiàn)出的散射光譜及調(diào)制深度曲線圖。
[0028]圖3a為實施例2中所制備得到的核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺納米球復(fù)合材料的透射電鏡圖，圖3b為基于圖3a所示的核殼結(jié)構(gòu)的聚苯胺金納米球的表面等離激元開關(guān)通過控制質(zhì)子摻雜度在單顆粒尺度上所展現(xiàn)出的對光的散射的調(diào)制曲線圖。
[0029]圖4a為實施例3中單個核殼結(jié)構(gòu)的聚苯胺金納米球的掃描電鏡照片，圖4b為基于圖4a所示的核殼結(jié)構(gòu)的聚苯胺金納米球的表面等離激元開關(guān)通過電化學(xué)控制氧化還原度在單顆粒尺度上所展現(xiàn)的對光的散射的調(diào)制曲線圖。
【具體實施方式】
[0030]以下對本發(fā)明的實施方式作詳細(xì)說明。應(yīng)該強(qiáng)調(diào)的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應(yīng)用。
[0031]表面等離激元開關(guān)的制造涉及兩大部分，第一部分是核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料的制備;第二部分則是通過改變聚苯胺的氧化還原度或改變質(zhì)子摻雜度實現(xiàn)開關(guān)表面等離激元的功能。
[0032]在一些實施例中，新型核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料的具體制備方法如下:
[0033]I)將苯胺單體溶解于含有陰離子表面活性劑的水溶液中，在室溫下攪拌5?15分鐘；
[0034]2)將金納米晶加入并分散于步驟I)中的溶液，混合振蕩10?30分鐘后，；
[0035]3)將氧化劑溶解于無機(jī)酸中，氧化劑與苯胺單體的摩爾比為1:3?2:1，然后與上述溶液混合振蕩3?10分鐘后，在室溫下反應(yīng)5?8小時后即得到具有核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料。
[0036]苯胺單體與金納米晶顆粒的最終摩爾濃度比為:3X 113-1.8 X 115.
[0037]上述步驟I)中的陰離子表面活性劑為硫酸酯鹽或磺酸鹽類陰離子表面活性劑，例如十二烷基硫酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉;表面活性劑的濃度為0.2?0.8倍的臨界膠束濃度。
[0038]上述步驟3)中氧化劑為過硫酸銨或者過硫酸鉀，無機(jī)酸為鹽酸、硫酸或者高氯酸等質(zhì)子酸。
[0039]上述核殼結(jié)構(gòu)復(fù)合納米顆粒中聚苯胺的殼層厚度可通過重復(fù)以上步驟I?3得到增加，目前聚苯胺的殼層厚度最大可達(dá)lOOnm。
[0040]此復(fù)合納米材料的制備方法的突出優(yōu)點在于:合成方法簡單，生產(chǎn)效率高，方便且準(zhǔn)確地構(gòu)筑了核殼納米結(jié)構(gòu)，無有害溶劑，可在實際中進(jìn)行大規(guī)模的生產(chǎn)。
[0041]在另一些實施例中，改變聚苯胺的氧化還原度或改變質(zhì)子摻雜度用以實現(xiàn)對表面等離激元開關(guān)功能的方法包括以下兩種:
[0042](—)引入電化學(xué)手段改變聚苯胺的氧化還原度
[0043]通過控制納米顆粒溶液的濃度以及該溶液與襯底的接觸時間，核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米顆?？杀环稚⒂陔姌O表面，此電極作為電化學(xué)反應(yīng)池的工作電極。在不同電位作用下，核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米顆?？烧宫F(xiàn)出不同的散射或消光光譜。光譜響應(yīng)的改變說明了核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米顆粒所承載的表面等離激元共振受到調(diào)制。
[0044](二)改變質(zhì)子摻雜度
[0045]通過控制納米顆粒溶液的濃度以及該溶液與襯底的接觸時間，核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米顆?？杀环稚⒂谝r底表面。所選擇的襯底材料，例如聚二甲基硅氧烷，能夠耐強(qiáng)酸和強(qiáng)堿溶液。因此，負(fù)載有核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米顆粒的襯底可與強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液接觸，實現(xiàn)聚苯胺分子鏈中質(zhì)子的摻雜和脫摻雜，進(jìn)而實現(xiàn)表面等離激元開關(guān)。
[0046]負(fù)載有金聚苯胺復(fù)合納米顆粒的聚二甲基硅氧烷襯底同時也可作為微流芯片的頂蓋。微流芯片的結(jié)構(gòu)包括兩部分:一是負(fù)載有納米顆粒的聚二甲基硅氧烷的頂蓋;另一部分則是刻有進(jìn)出孔道的聚二甲基硅氧烷襯底。經(jīng)低溫氧等離子體處理后，這兩部分可被粘合在一起。交替地向微流芯片注入酸和堿溶液進(jìn)行聚苯胺的質(zhì)子摻雜和脫摻雜，實現(xiàn)表面等離激元開關(guān)。該微流芯片可用于觀測基于單個顆粒金聚苯胺復(fù)合納米材料的表面等離子開關(guān)的性能
[0047]上述提到的聚二甲基硅氧烷是一種高分子有機(jī)硅化合物，通常被稱為有機(jī)硅，具有光學(xué)透明，且在一般情況下，被認(rèn)為是惰性、無毒、不易燃的特性。聚二甲基硅氧烷廣泛應(yīng)用于生物微機(jī)電中的微流道系統(tǒng)。
[0048]在又一些實施例中，提供一種基于核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料的表面等離激元開關(guān)，其使用上述的方法制成。所述表面等離激元開關(guān)是以核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料為主體，通過控制聚苯胺的介電性質(zhì)實現(xiàn)其開關(guān)功能。所述金聚苯胺復(fù)合納米材料以金納米晶為核心，表面包覆納米級厚度聚苯胺作為殼層材料。金納米晶的形狀包括棒狀、球狀、板狀、星狀以及多面體。優(yōu)選地，聚苯胺的殼層厚度控制在4?100納米。
[0049]以下通過更具體的實施例進(jìn)行說明。
[0050]實施例1
[0051 ] 1.聚苯胺包覆的金納米棒的制備
[0052]將0.26mg苯胺單體溶解于1.8mL，7mmol/L的十二燒基硫酸鈉水溶液中，在室溫下攪拌7分鐘，將金納米棒(平均長度為52±3nm，平均直徑為111 ±6nm)加入并分散于步上述溶液中，金納米棒與苯胺單體在此溶液中的摩爾濃度比為9.3 X 114，混合振蕩15分鐘后，將0.75mg過硫酸鉀溶解于1.5mL鹽酸并與上述溶液混合振蕩7分鐘后，在室溫下反應(yīng)8小時后即得到具有聚苯胺包覆的金納米棒復(fù)合材料。該復(fù)合材料的微觀結(jié)構(gòu)如圖1a所示，可以清楚地看出聚苯胺在金納米棒表面形成了均一的殼層結(jié)構(gòu)，該殼層厚度約為4nm。此聚苯胺包覆的金納米棒再經(jīng)歷2次上述合成步驟后，聚苯胺殼層厚度可增加至39nm，如圖1b所示。
[0053]2.引入改變質(zhì)子摻雜度的微流裝置
[0054]從按上述步驟所合成出的具有39nm聚苯胺殼層的金納米棒溶液中取出0.2mL的溶液在進(jìn)行離心分離5分鐘后(離心轉(zhuǎn)速為4500轉(zhuǎn)每分鐘)，去除上清液后，加入0.2mL去離子水再次以相同的轉(zhuǎn)速離心后，去除上清液加入0.5mL乙醇溶液將上述溶液滴到聚二甲基硅氧烷襯底(長為50mm，寬為22mm，厚度為3m)的表面上，20分鐘后用氮氣吹除或用濾紙吸走該溶液，聚苯胺包覆的金納米棒最終被分散于該襯底表面。
[0055]取另一塊表面刻有微流孔道聚二甲基硅氧烷襯底作為微流芯片的基座。該襯底經(jīng)低溫氧等離子體處理后與上述負(fù)載有聚苯胺包覆的金納米棒的聚二甲基硅氧烷襯底粘合在一起形成聚二甲基硅氧烷微流芯片。交替地向微流芯片注入lmol/L鹽酸和lmol/L氫氧化鈉溶液進(jìn)行聚苯胺的質(zhì)子摻雜和脫摻雜，實現(xiàn)表面等離激元開關(guān)。聚苯胺在摻雜態(tài)與非摻雜態(tài)間的轉(zhuǎn)變可使單個復(fù)合納米顆粒的表面等離激元峰移達(dá)lOOnm、散射強(qiáng)度的調(diào)制深度達(dá)10分貝(圖2a_圖2b)、開關(guān)時間在10s量級。
[0056]實施例2
[0057]1.聚苯胺包覆的金納米球的制備
[0058]步驟同實施例1中聚苯胺包覆的金納米棒的制備步驟，金納米球(平均直徑為84 土5nm)代替了金納米棒(平均長度為52±3nm，平均直徑為111 ±6nm)，金納米球與苯胺單體在此溶液中的摩爾濃度比為I.I X 1014，過硫酸鉀的用量改為1.5mg。所制備的聚苯胺包覆的金納米球的微觀結(jié)構(gòu)如圖3a-圖3b所示，由圖可以清楚地看出聚苯胺在金納米球表面形成了均一的殼層結(jié)構(gòu)，該殼層厚度約為22nm。
[0059]2.引入改變質(zhì)子摻雜度的微流裝置
[0060]與實施例1中將聚苯胺包覆的金納米球置入聚二甲基硅氧烷微流芯片的步驟相同。聚苯胺包覆的金納米球在控制聚苯胺的質(zhì)子摻雜和脫摻雜的轉(zhuǎn)變過程中，可使單個復(fù)合納米顆粒的表面等離激元峰移達(dá)50nm、散射強(qiáng)度的調(diào)制深度達(dá)6分貝(圖3a-圖3b)、開關(guān)時間在10s量級。
[0061 ] 實施例3
[0062]1.聚苯胺包覆的金納米球的制備
[0063]步驟同實施例2中聚苯胺包覆的金納米球的制備步驟所制備的聚苯胺包覆的金納米球。
[0064]2.引入電化學(xué)手段改變聚苯胺的氧化還原度用以實現(xiàn)對表面等離激元開關(guān)功能
[0065]從按上述步驟所合成出的具有22nm聚苯胺殼層的金納米球溶液中取出0.2mL的溶液在進(jìn)行離心分離5分鐘后(離心轉(zhuǎn)速為4000轉(zhuǎn)每分鐘)，去除上清液后，加入0.2mL去離子水再次以相同的轉(zhuǎn)速離心后，去除上清液加入0.2mL乙醇溶液將上述溶液滴到ITO電極的表面(電極面積為2.03cm2)，20分鐘后用氮氣吹除或用濾紙吸走該溶液，聚苯胺包覆的金納米球最終被分散于該電極表面。負(fù)載有聚苯胺包覆的金納米球的ITO電極作為電化學(xué)反應(yīng)池中的工作電極。電化學(xué)調(diào)控表明在± 0.5V電位下ITO表面的單顆粒的聚苯胺包覆的表面等離激元共振峰位移動25nm、散射強(qiáng)度的調(diào)制深度達(dá)3分貝(圖4a-圖4b)、開關(guān)時間在1s量級。
[0066]以上內(nèi)容是結(jié)合具體/優(yōu)選的實施方式對本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，其還可以對這些已描述的實施方式做出若干替代或變型，而這些替代或變型方式都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1.一種基于核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料制作表面等離激元開關(guān)的方法，其特征在于，所述方法利用電化學(xué)手段改變聚苯胺的氧化還原度，進(jìn)而改變其介電性質(zhì)，其中，通過控制核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米顆粒溶液的濃度以及該溶液與電極的接觸時間，使核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米顆粒分散于電極表面，將該電極作為電化學(xué)反應(yīng)池的工作電極，在外加電壓的作用下改變聚苯胺的氧化還原度。2.—種基于核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料制作表面等離激元開關(guān)的方法，其特征在于，所述方法利用酸堿溶液改變聚苯胺的質(zhì)子摻雜度，進(jìn)而改變其介電性質(zhì)，其中，通過控制核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米顆粒溶液的濃度以及該溶液與襯底的接觸時間，使核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米顆粒分散于耐強(qiáng)酸和強(qiáng)堿溶液的襯底，將負(fù)載有納米顆粒的襯底與強(qiáng)酸和強(qiáng)堿溶液相接觸，實現(xiàn)聚苯胺分子鏈中質(zhì)子的摻雜和脫摻雜。3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述耐強(qiáng)酸和強(qiáng)堿溶液的襯底為透明聚合物襯底，例如聚二甲基硅氧烷或者聚甲基丙烯酸甲酯。4.如權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，以負(fù)載有金聚苯胺復(fù)合納米顆粒的聚二甲基硅氧烷襯底作為一微流芯片的頂蓋，所述微流芯片另一部分是刻有進(jìn)出孔道的聚二甲基硅氧烷襯底，通過交替地向所述微流芯片注入酸和堿溶液進(jìn)行聚苯胺的質(zhì)子摻雜和脫摻雜，實現(xiàn)所述表面等離激元開關(guān)。5.—種使用權(quán)利要求1至4任一項所述的方法制作的基于核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料的表面等離激元開關(guān)，其特征在于，所述表面等離激元開關(guān)是以核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料為主體，通過控制聚苯胺的介電性質(zhì)實現(xiàn)其開關(guān)功能。6.如權(quán)利要求5所述的表面等離激元開關(guān)，其特征在于，所述金聚苯胺復(fù)合納米材料以金納米晶為核心，表面包覆納米級厚度聚苯胺作為殼層材料，金納米晶的形狀包括棒狀、球狀、板狀、星狀以及多面體。7.—種用于權(quán)利要求1至4任一項所述的方法的核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料的制備方法，其特征在于，包括以下步驟: 1)將苯胺單體溶解于陰離子表面活性劑水溶液中； 2)將金納米晶加入并分散于步驟I)中的溶液，混合振蕩10?30分鐘； 3)將氧化劑溶解于無機(jī)酸中，然后與所述溶液混合振蕩3?10分鐘后，在室溫下反應(yīng)5?8小時后即得到具有核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料。8.如權(quán)利要求7所述的核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料的制備方法，其特征在于，苯胺單體與金納米晶顆粒的最終摩爾濃度比為:3 X 113?1.8 X 1015。9.如權(quán)利要求7所述的核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料的制備方法，其特征在于，氧化劑與苯胺單體的摩爾比為1:3?2:1，優(yōu)選地，所述氧化劑為過硫酸銨或者過硫酸鉀。10.如權(quán)利要求7所述的核殼結(jié)構(gòu)的金聚苯胺復(fù)合納米材料的制備方法，其特征在于，所述陰離子表面活性劑為硫酸酯鹽或磺酸鹽類陰離子表面活性劑，例如十二烷基硫酸鈉和十二烷基苯磺酸鈉，陰離子表面活性劑的濃度為0.2?0.8倍的臨界膠束濃度;所述無機(jī)酸為鹽酸、硫酸或者高氯酸等質(zhì)子酸。
【文檔編號】C08K3/08GK105860115SQ201510872637
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2015年12月2日
【發(fā)明人】蔣妮娜, 阮琦鋒, 盧文正, 王建方
【申請人】香港中文大學(xué)深圳研究院