专利摘要

专利摘要

本发明涉及手性金属微纳结构制备领域，具体涉及一种手性金属微纳螺旋结构的制备方法，所述金属微纳螺旋结构是以聚苯乙烯小球为基底，在其基底上顺时针或逆时针循环旋转倾斜蒸镀绝缘材料，形成螺旋结构，再在其螺旋结构上垂直蒸镀金属材料，最终形成金属螺旋型结构。该制备方法简单易于操作，对实验设备的要求低，而且制备出的手性金属微纳螺旋结构圆二色信号强。

权利要求

1.一种手性金属微纳螺旋结构的制备方法，其特征在于：所述金属微纳螺旋结构是以聚苯乙烯小球为基底，在其基底上顺时针或逆时针循环旋转倾斜蒸镀绝缘材料，形成螺旋结构，再在其螺旋结构上垂直蒸镀金属材料,形成金属螺旋结构；

所述绝缘材料为二氧化硅，所述金属材料为金或银；

包括如下步骤：

步骤一，制备单层聚苯乙烯小球模板；

步骤二，将制备得到的单层聚苯乙烯小球模板，用双面胶粘在基底上，放入真空镀膜机的样品台上，关闭电子束蒸发镀膜仪，并抽真空；

步骤三，将沉积角设置为4°，蒸镀绝缘材料，并按顺时针或逆时针方向旋转方位角，循环多次蒸镀绝缘材料；

步骤四，将沉积角设置为90°，蒸镀金属材料，得到金属螺旋结构；

步骤五，冷却仪器，充氮气，取出样品；

所述步骤三具体镀膜的过程为：

首先将沉积角设置为4°，在1号位置处蒸镀绝缘材料5nm，之后每次逆时针旋转方位角120°，蒸镀绝缘材料5nm，这样循环5次，即，分别是以2—3—1—2—3号位置的顺序循环蒸镀5次，第一层蒸镀完成，形成端点相接的类似三角形结构；

其次在第一层的基础上继续蒸镀，逆时针旋转方位角240°，在2号位置处蒸镀绝缘材料5nm，再逆时针旋转方位角120°，在3号位置处蒸镀绝缘材料5nm；再循环一次上述蒸镀过程，即，依次逆时针旋转方位角240°和120°，分别在2—3号位置处蒸镀绝缘材料5nm，第二层蒸镀完成，形成台阶状的半螺旋结构；

然后在第二层的基础上继续蒸镀，在3号位置处分别蒸镀绝缘材料5nm，蒸镀两次，最终形成一个螺旋型结构。

2.根据权利要求1所述的手性金属微纳螺旋结构的制备方法，其特征在于，所述步骤四具体的镀膜过程为：

在所述蒸镀完成的螺旋型结构的基础上，将沉积角调整为90°，垂直蒸镀金属材料20nm。

3.根据权利要求2所述的手性金属微纳螺旋结构的制备方法，其特征在于：所述蒸镀绝缘材料的束流蒸发速率为蒸镀金属材料的束流蒸发速率为

4.根据权利要求3所述的手性金属微纳螺旋结构的制备方法，其特征在于：所述步骤三镀膜的开始条件为，步骤二所述真空镀膜机的腔体压强低于3×10-6Torr。

5.根据权利要求4所述的手性金属微纳螺旋结构的制备方法，其特征在于：所述步骤一中制备单层聚苯乙烯小球模板的过程如下：

步骤1：准备玻璃片a和两片玻璃片b，玻璃a和玻璃片b的宽度均不大于1cm，并清洗干净，清洗过程为：将所述玻璃片用洗涤剂刷洗干净，用丙酮超声15分钟，用去离子水冲洗干净丙酮，再用酒精超声15分钟，用去离子水冲洗干净酒精，放入去离子水中保存备用；

步骤2：将清洗过的两片玻璃片b叠起来放入培养皿，在培养皿中注入去离子水，去离子水液面低于上面的玻璃片b的上表面；

步骤3：将聚苯乙烯小球悬浮液与酒精混合，装入样品管超声3分钟，

得到聚苯乙烯小球与酒精混合溶液，所述聚苯乙烯小球的直径为600nm，聚苯乙烯小球悬浮液与酒精的体积比为1:1～5:1；

步骤4：将聚苯乙烯小球和酒精的混合溶液用针管慢慢注入到两片玻璃片表面，聚苯乙烯小球溶液会在去离子水溶液表面扩散，形成单层的聚苯乙烯小球膜，持续慢慢的注入溶液直到单层聚苯乙烯小球布满整个液面；

步骤5：将步骤4的去离子水溶液中缓慢注入去离子水，提升溶液液面；

步骤6：用Tx100溶液聚合步骤4中形成的去离子水液面的单层聚苯乙烯小球膜；

步骤7：在经过步骤6处理的没有单层聚苯乙烯小球膜的区域内放入玻璃片a，把玻璃片的位置调整到单层聚苯乙烯膜的下方，然后用镊子提起玻璃片a，将保留单层聚苯乙烯小球膜的玻璃片a放入40℃的烤箱中烤干，得到单层聚苯乙烯小球模板。

说明书

技术领域

本发明属于手性金属微纳结构制备领域，具体涉及一种手性金属微纳螺旋结构的制备方法。

背景技术

手性是指该结构与其镜像对映体不可完全重合的特性。手性是生命过程的基本特征，构成生命体的有机分子绝大多数都是手性分子。圆二色性是研究手性的一个重要手段。

自然界中手性分子的圆二色信号非常微弱，不利于生物医学和药物学的实际信号检测和应用。由于金属与光有更强烈的相互作用，金属纳米结构由于表面等离激元作用具有更强的圆二色性，如文献“MarioHentschel,MartinSchaferling,ThomasWeiss,NaLiu,andHaraldGiessen.Three-DimensionalChiralPlasmonicOligomers.NanoLett.2012,12,2542-2547”中金属纳米结构是通过实验室采用多套仪器系统，采用多次的电子束曝光来完成制备，实现手性结构方式繁琐复杂且昂贵；且使用电子束曝光系统制备时间周期长且样品面积较小(30μm×30μm)，文中100nm厚度Au蒸镀依旧用到电子束真空蒸发系统(或者磁控溅射系统)来蒸镀金属层，该结构的圆二色光谱信号依旧相对较弱，光谱信号采集方法同样受到限制，采集条件苛刻，需要搭建价格高昂的微区光谱系统进行检测。

现今制备金属螺旋结构制备方法繁琐复杂且昂贵，而且其圆二色信号比较微弱，信号采集和检测受到限制。

发明内容

为了解决现有技术中存在的金属微纳螺旋结构制备过程繁琐复杂的问题，本发明提供了一种手性金属微纳螺旋结构制备方法，该结构通过多次循环倾斜蒸镀绝缘材料和金属的方法制备得到金属微纳螺旋结构，而且，检测方法简单方便，易于操作。

本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种手性金属微纳螺旋结构的制备方法，所述金属微纳螺旋结构是以聚苯乙烯小球为基底，在其基底上顺时针或逆时针循环旋转倾斜蒸镀绝缘材料，形成螺旋结构，再在其螺旋结构上垂直蒸镀金属材料，形成金属螺旋结构。

进一步地，所述绝缘材料为二氧化硅，所述金属材料为金或银。

一种手性金属微纳螺旋结构的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，制备单层聚苯乙烯小球模板；

步骤二，将制备得到的单层聚苯乙烯小球模板，用双面胶粘在基底上，放入真空镀膜机的样品台上，关闭电子束蒸发镀膜仪，并抽真空；

步骤三，将沉积角设置为4°，蒸镀绝缘材料，并按顺时针或逆时针方向旋转方位角，循环多次蒸镀绝缘材料；

步骤四，将沉积角设置为90°，蒸镀金属材料，得到金属螺旋结构；

步骤五，冷却仪器，充氮气，取出样品。

进一步地，所述步骤三具体镀膜的过程为：

首先将沉积角设置为4°，在1号位置处蒸镀绝缘材料5nm，之后每次逆时针旋转方位角120°，蒸镀绝缘材料5nm，这样循环5次，即，分别是以2—3—1—2—3号位置的顺序循环蒸镀5次，第一层蒸镀完成，形成端点相接的类似三角形结构；

其次在第一层的基础上继续蒸镀，逆时针旋转方位角240°，在2号位置处蒸镀绝缘材料5nm，再逆时针旋转方位角120°，在3号位置处蒸镀绝缘材料5nm；再循环一次上述蒸镀过程，即，依次逆时针旋转方位角240°和120°，分别在2—3号位置处蒸镀绝缘材料5nm，第二层蒸镀完成，形成台阶状的半螺旋结构；

然后在第二层的基础上继续蒸镀，在3号位置处分别蒸镀绝缘材料5nm，蒸镀两次，最终形成一个螺旋型结构。

进一步地，所述步骤三具体镀膜的过程为：

首先将沉积角设置为4°，在1号位置处蒸镀绝缘材料5nm，之后每次顺时针旋转方位角120°，蒸镀绝缘材料5nm，这样循环5次，即，分别是以3—2—1—3—2号位置的顺序循环蒸镀5次，第一层蒸镀完成，形成端点相接的类似三角形结构；

其次在第一层的基础上继续蒸镀，顺时针旋转方位角240°，在3号位蒸镀绝缘材料5nm，再顺时针旋转方位角120°，在2号位置处蒸镀绝缘材料5nm；再循环一次上述蒸镀过程，即，依次顺时针旋转方位角240°和120°，分别在3-2号位置处蒸镀绝缘材料5nm，第二层蒸镀完成，形成台阶状的半螺旋结构；

然后在第二层的基础上继续蒸镀，在2号位置处分别蒸镀绝缘材料5nm，蒸镀两次，最终形成一个螺旋型结构。

进一步地，所述步骤四具体的镀膜过程为：在所述蒸镀完成的螺旋型结构的基础上，将沉积角调整为90°，垂直蒸镀金属材料20nm。

进一步地，所述蒸镀绝缘材料的束流蒸发速率为 蒸镀金属材料的束流蒸发速率为

进一步地，所述步骤三镀膜的开始条件为，步骤二所述真空镀膜机的腔体压强低于3×10-6Torr。

进一步地，所述步骤一中制备单层聚苯乙烯小球模板的过程如下：

步骤1：准备玻璃片a和两片玻璃片b，玻璃a和玻璃片b的宽度均不大于1cm，并清洗干净，清洗过程为：将所述玻璃片用洗涤剂刷洗干净，用丙酮超声15分钟，用去离子水冲洗干净丙酮，再用酒精超声15分钟，用去离子水冲洗干净酒精，放入去离子水中保存备用；

步骤2：将清洗过的两片玻璃片b叠起来放入培养皿，在培养皿中注入去离子水，去离子水液面低于上面的玻璃片b的上表面；

步骤3：将聚苯乙烯小球悬浮液与酒精混合，装入样品管超声3分钟，

得到聚苯乙烯小球与酒精混合溶液，所述聚苯乙烯小球的直径为600nm，聚苯乙烯小球悬浮液与酒精的体积比为1:1～5:1；

步骤4：将聚苯乙烯小球和酒精的混合溶液用针管慢慢注入到两片玻璃片表面，聚苯乙烯小球溶液会在去离子水溶液表面扩散，形成单层的聚苯乙烯小球膜，持续慢慢的注入溶液直到单层聚苯乙烯小球布满整个液面；

步骤5：将步骤4的去离子水溶液中缓慢注入去离子水，提升溶液液面；

步骤6：用Tx100溶液聚合步骤4中形成的去离子水液面的单层聚苯乙烯小球膜；

步骤7：在经过步骤6处理的没有单层聚苯乙烯小球膜的区域内放入玻璃片a，把玻璃片的位置调整到单层聚苯乙烯膜的下方，然后用镊子提起玻璃片a，将保留单层聚苯乙烯小球膜的玻璃片a放入40℃的烤箱中烤干，得到单层聚苯乙烯小球模板。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

(1)本申请实施例利用电子束蒸发镀膜的方法，通过控制电子束蒸发镀膜的参数，多次循环旋转蒸镀绝缘材料作为介质，一次垂直蒸镀金属，得到了具有手性的金属微纳螺旋结构；

(2)由于聚苯乙烯小球在制备的过程中，很容易造成小球排列不均匀的情况，而现有技术制备的手性结构，会出现在不同特征方向上手性抵消的情况，整体结构的手性小。但是本申请实施例制备方法制备的手性金属微纳螺旋结构受小球排列不均匀的影响小，因为在阵列结构的不同特征方向上，单个结构的手性相同，从而整个结构的内在手性大。

(3)本申请实施例采用先蒸镀绝缘材料，形成螺旋结构，再蒸镀金属的方法，简化制备过程，降低了手性金属结构的制备成本；

(4)本申请实施例中制备金属螺旋结构的方法应用多次循环旋转蒸镀绝缘材料，减小了台阶效应，使制备过程更精准；

(5)本申请实施例方案制备的手性金属螺旋结构具有很好的手性效应，可以应用于生物监测，对映传感器，偏振转换和光电子的圆偏振器。

附图说明

图1是本申请实施例1中通过手性金属微纳螺旋结构的制备方法制备出的金属螺旋结构单个结构的扫描电子显微镜图片；

图2是本申请实施例1中通过手性金属微纳螺旋结构的制备方法制备出的金属螺旋结构阵列的扫描电子显微镜图片；

图3是本申请实施例1中通过手性金属微纳螺旋结构的制备方法制备出的金属螺旋结构的圆二色性光谱图；

其中，图1中：1、1号位置；2、2号位置；3、3号位置。

具体实施方式

为解决现有技术中存在的手性金属螺旋结构制备方法繁琐复杂的问题，本发明提供了一种手性金属螺旋结构制备方法，该制备方法利用倾斜角沉积技术的原理，使金属螺旋结构的制备方法简单，制备得到的手性金属螺旋结构手性效应强。

下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1：

一种手性金属微纳螺旋结构的制备方法，其特征在于：所述金属微纳螺旋结构是以聚苯乙烯小球为基底，在其基底上顺时针或逆时针循环旋转倾斜蒸镀绝缘材料，形成螺旋结构，再在其螺旋结构上垂直蒸镀金属材料,形成金属螺旋结构。所述绝缘材料为二氧化硅，所述金属材料为金或银。

上述手性金属微纳螺旋结构的制备方法，包括如下步骤：

步骤一，制备单层聚苯乙烯小球模板；

步骤二，将制备得到的单层聚苯乙烯小球模板，用双面胶粘在基底上，放入真空镀膜机的样品台上，关闭电子束蒸发镀膜仪，并抽真空；

具体而言：当真空镀膜机的腔体压强低于3×10-6Torr时，再进行下一步镀膜工作。

步骤三，将沉积角设置为4°，蒸镀绝缘材料，并按顺时针或逆时针方向旋转方位角，循环多次蒸镀绝缘材料；

具体而言：首先将沉积角设置为4°，在1号位置处蒸镀绝缘材料5nm，之后每次逆时针旋转方位角120°，蒸镀绝缘材料5nm，这样循环5次，即，分别是以2—3—1—2—3号位置的顺序循环蒸镀5次，第一层蒸镀完成，形成端点相接的类似三角形结构；

其次在第一层的基础上继续蒸镀，逆时针旋转方位角240°，在2号位置处蒸镀绝缘材料5nm，再逆时针旋转方位角120°，在3号位置处蒸镀绝缘材料5nm；再循环一次上述蒸镀过程，即，依次逆时针旋转方位角240°和120°，分别在2—3号位置处蒸镀绝缘材料5nm，第二层蒸镀完成，形成台阶状的半螺旋结构；

然后在第二层的基础上继续蒸镀，在3号位置处分别蒸镀绝缘材料5nm，蒸镀两次，最终形成一个螺旋型结构。

步骤四，将沉积角设置为90°，蒸镀金属材料，得到金属螺旋结构；

具体而言：在所述蒸镀完成的螺旋型结构的基础上，将沉积角调整为90°，垂直蒸镀金属材料20nm。

步骤五，冷却仪器，充氮气，取出样品。

具体而言：

本申请实施例中蒸镀所用到的仪器为电子束蒸发镀膜仪，其旋转的角度以及镀膜的速率和时间都可以通过控制面板加以调节。

将本申请实施例中的沉积角定义为样品台与束流方向的夹角，方位角定义为样品台以过圆心的法线为轴转动的角度。

本申请实施例上述蒸镀绝缘材料的束流蒸发速率为 蒸镀金属材料的束流蒸发速率为 通过控制该制备过程中的束流蒸发速率，可以保证制备的螺旋结构的形貌。

如图1所示，是利用该申请实施例制备方法制备出的金属微纳螺旋结构的SEM图，图中显示了一个完整的单个结构，图1中标示的1、2、3分别是在步骤三中蒸镀时的1号位置、2号位置、3号位置。从该制备的结构俯视图来看，类似于一个三角形结构，但是由于1、2、3号位置循环蒸镀的高度不同，就构成了从1号位置经2号位置到3号位置，由下往上高度依次增高的立体螺旋型金属微纳结构，其该结构具有手性。

如图2所示，是利用该申请实施例制备方法制备出的金属微纳螺旋结构的SEM图，图中显示了金属微纳螺旋结构阵列，从图中可以看出，本实施例制备得到的金属微纳螺旋结构为六密堆周期排列的螺旋结构。

将本用本申请实施例制备方法制备的结构用光的正入射或斜入射法测量得到其圆二色性，圆二色性信号光谱线如图3，其信号最大达到了300mdeg。

实施例2：

本实施例制备步骤与实施例1的基本相同，区别仅在于步骤三中的镀膜方法，本实施例制备方法中所述步骤三具体镀膜的过程为：

首先将沉积角设置为4°，在1号位置处蒸镀绝缘材料5nm，之后每次顺时针旋转方位角120°，蒸镀绝缘材料5nm，这样循环5次，即，分别是以3—2—1—3—2号位置的顺序循环蒸镀5次，第一层蒸镀完成，形成端点相接的类似三角形结构；

其次在第一层的基础上继续蒸镀，顺时针旋转方位角240°，在3号位蒸镀绝缘材料5nm，再顺时针旋转方位角120°，在2号位置处蒸镀绝缘材料5nm；再循环一次上述蒸镀过程，即，依次顺时针旋转方位角240°和120°，分别在3-2号位置处蒸镀绝缘材料5nm，第二层蒸镀完成，形成台阶状的半螺旋结构；

然后在第二层的基础上继续蒸镀，在2号位置处分别蒸镀绝缘材料5nm，蒸镀两次，最终形成一个螺旋型结构。

利用本申请实施例制备方法制备得到的手性金属微纳螺旋结构为实施例1中制备的手性金属微纳结构的手性异构体，两个结构的圆二色性信号大小相同，符号相反。

将制备的结构用光的正入射或斜入射法测量得到其圆二色性。

实施例3

实施例1和2提出的一种手性金属微纳螺旋结构的制备方法，其中步骤一中制备单层聚苯乙烯小球模板的过程如下：

步骤1：准备玻璃片a和两片玻璃片b，玻璃a和玻璃片b的宽度均不大于1cm，并清洗干净，清洗过程为：将所述玻璃片用洗涤剂刷洗干净，用丙酮超声15分钟，用去离子水冲洗干净丙酮，再用酒精超声15分钟，用去离子水冲洗干净酒精，放入去离子水中保存备用；

步骤2：将清洗过的两片玻璃片b叠起来放入培养皿，在培养皿中注入去离子水，去离子水液面低于上面的玻璃片b的上表面；

步骤3：将聚苯乙烯小球悬浮液与酒精混合，装入样品管超声3分钟，

得到聚苯乙烯小球与酒精混合溶液，所述聚苯乙烯小球的直径为600nm，聚苯乙烯小球悬浮液与酒精的体积比为1:1～5:1；

步骤4：将聚苯乙烯小球和酒精的混合溶液用针管慢慢注入到两片玻璃片表面，聚苯乙烯小球溶液会在去离子水溶液表面扩散，形成单层的聚苯乙烯小球膜，持续慢慢的注入溶液直到单层聚苯乙烯小球布满整个液面；

步骤5：将步骤4的去离子水溶液中缓慢注入去离子水，提升溶液液面；

步骤6：用Tx100溶液聚合步骤4中形成的去离子水液面的单层聚苯乙烯小球膜；

步骤7：在经过步骤6处理的没有单层聚苯乙烯小球膜的区域内放入玻璃片a，把玻璃片的位置调整到单层聚苯乙烯膜的下方，然后用镊子提起玻璃片a，将保留单层聚苯乙烯小球膜的玻璃片a放入40℃的烤箱中烤干，得到单层聚苯乙烯小球模板。

具体而言：

在制备单层聚苯乙烯小球模板时，也可以使用不同直径大小的聚苯乙烯小球，聚苯乙烯小球直径的大小决定了最后所制备得到的金属微纳螺旋单个结构之间的距离以及单个螺旋结构的螺距。用该实施例提出的制备方法所制备的小球模板，是以六密堆方式排列的单层小球模板，作为后续制备金属微纳结构的模板使用。

实施例4

本实施例制备步骤与实施例1和2基本相同，区别仅在于所用的绝缘材料为二氧化硅。

将制备的结构用光的正入射或斜入射法测量得到其圆二色性。

实施例5

本实施例制备步骤与实施例4基本相同，区别仅在于所用的金属材料为金。

将制备的结构用光的正入射或斜入射法测量得到其圆二色性。

实施例6

本实施例制备步骤与实施例5基本相同，区别仅在于所用的贵金属材料为银。

将制备的结构用光的正入射或斜入射法测量得到其圆二色性。

本申请制备的金属微纳螺旋结构具有大的内在手性，受制备过程中的外在因素影响较小。由于聚苯乙烯小球在制备的过程中，很容易造成小球排列不均匀的情况，而现有技术制备的手性结构，会出现在不同特征方向上手性抵消的情况，整体结构的手性小。但是本申请实施例制备方法制备的手性金属微纳螺旋结构受小球排列不均匀的影响小，因为在阵列结构的不同特征方向上，单个结构的手性相同，从而整个结构的手性大，可以应用于生物监测，对映传感器，偏振转换和光电子的圆偏振器。

而且本申请实施例采用先多次循环旋转蒸镀绝缘材料，形成螺旋结构，再蒸镀金属的方法，简化制备过程，减小了台阶效应，使制备过程更精准，也降低了手性金属结构的制备成本。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

手性金属微纳螺旋结构的制备方法专利购买费用说明

Q：办理专利转让的流程及所需资料

A：专利权人变更需要办理著录项目变更手续，有代理机构的，变更手续应当由代理机构办理。

1：专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2：按规定缴纳著录项目变更手续费。

3：同时提交相关证明文件原件。

4：专利权转移的，变更后的专利权人委托新专利代理机构的，应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A：（1）直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,（2）通过代办处缴纳，（3）通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q：专利转让变更，多久能出结果

A：著录项目变更请求书递交后，一般1-2个月左右就会收到通知，国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。