武汉大学Nature子刊:在熔融温度以下用纳米压印法一步制备晶态金属纳米线阵列


【引言】

拉曼散射非常弱的信号响应(入射光强度的10-6~10-9)极大地限制了拉曼光谱的应用和发展。20世纪70年代Fleischmann等人发现在银、金、铜等粗糙表面可显著提高被测物质的拉曼散射信号(大约六个数量级),这种增强效应成为表面增强拉曼光谱(SERS)效应。因此,对金属基底合适的粗糙化处理是获得强的SERS活性的不二法门。

【成果简介】

近日,武汉大学土工程力学系刘泽特聘研究员(通讯作者)报道一种利用超塑性纳米压印(SPNI)技术在熔融温度以下制备晶态金属纳米线阵列作为强SERS活性基底,其纳米线长径比为~2000。SPNI技术可促进金属纳米线阵列在生物传感、数字成像、食品工业、催化和环境保护方面的应用。相关工作发表在Nature Communications上,题为“One-step fabrication of crystalline metal nanostructures by direct nanoimprinting below melting temperatures”。

【图文导读】

图 1. 晶态金属在熔融温度以下的SPNI技术


a. SPNI流程示意图;

b. 光学显微镜下Au的热塑成型样品(纳米孔Al2O3为模板,操作条件:压力5kN,温度500℃,热压时间1h),标尺1mm;

c. b图样品的SEM成像,大标尺5μm,小标尺30nm。

图 2. SPNI技术制备长径比可控的Au纳米线阵列


a. 以具有200nm孔的Al2O3为模板,500℃,压力10kN下,制备的Au纳米线长径比(L/d)与压印时间(t)的关系;

b. 表观应变率与Au纳米线长度的关系图。

图 3. 金的多级纳米结构


a. SEM成像金的多级纳米结构(纳米孔Al2O3为模板,压力5kN,温度500℃,热压时间~10min),标尺 1.5μm;

b. TEM成像金的多级纳米结构(纳米线劈裂为更细的分支),标尺 100nm。

图 4. TEM表征金纳米线的多级结构


a和b. 金纳米线多级结构TEM成像,标尺分别为200nm和50nm;

c. 衍射图表明b图中Au为面心立方体单晶结构,且确定b图中红色箭头方向为<111>晶体取向,标尺5nm-1

d-g. b图中A-D四个位置的高分辨率TEM成像及快速傅里叶转换衍射图(内置小图)确证了Au多级纳米结构完美单晶构型,标尺2nm。

图 5.纳米线阵列SEM成像


a. SPNI技术制备Bi金属纳米线阵列(200nm孔的Al2O3,260℃,压力10kN,压印时间~36s),长径比~300(Al2O3模板厚度~60μm),大标尺5μm,小标尺200nm;

b. SPNI技术制备Ag金属纳米线阵列(25nm孔的Al2O3,~700℃,压力15kN,压印时间90min),长径比~2000,大标尺2μm,小标尺25nm;

c和d. SPNI技术制备的Cu(~550℃)、Pt(~820℃)金属纳米线阵列,标尺200nm和100nm。

【展望】

本文作者利用SPNI技术一步法制备出金属基底多级纳米结构,显著提高了SERS活性。该技术使得金属直接的接触变形,因而具有可重现性且简单的设备和操作步骤有效降低了成本。上述优势使得该技术可应用于催化,纳米电子器件,传感器等领域。

文献链接:One-step fabrication of crystalline metal nanostructures by direct nanoimprinting below melting temperatures.(Nat. Commun. 2017,DOI: 10.1038/ncomms14910)

该文献汇总由材料人编辑部纳米学术组Mr_PSP供稿,欧洲足球赛事 编辑整理。

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