錐形光纖表面制備單層膠體球陣列結構的方法與流程

本發明屬于微-納結構光纖制備領域，具體為一種錐形光纖表面制備單層膠體球陣列結構的方法。

背景技術：

微納光纖錐是近年來用于微量化學生物分子檢測的新型光學器件，可以很大的提高檢測儀器的靈敏度。這種錐型光纖是通過將入射光的能量聚集在光纖錐上來實現近場能量的提高，進而對微量分子進行靈敏檢測。錐形微-納光纖已經在傳感、非線性光學、光譜學，乃至生物醫學等眾多科技領展現出非常重要的應用。目前，金屬微納結構可以有效的調控表面等離子波的傳播以及能量的分布，可以在原有光纖錐的基礎上進一步提高光場的聚集程度，進而更有效的提高局域場的能量，如何在光纖錐表面制備結構化的金屬微納米結構是目前科研領域的難點，因此，在光纖錐表面制備納米結構是非常關鍵的工藝。

制備納米結構的方法多種多樣，包括聚焦離子束刻蝕，電子束刻蝕，納米壓印以及光刻技術，這些方法可以通過前期設計在平整的襯底表面制備多種多樣的結構，包括平面十字，領結，開口矩形，三角等等陣列結構，然而，在不規則的襯底(包括錐形表面)加工一些陣列結構非常困難(僅僅能在某一表面上加工)。自組裝膠體球模板刻蝕方法為制備金屬納米結構帶來新的思路，利用膠體球(納米到微米級)的自組裝效應將單分散膠體球溶液在特定的條件下裝形成的三維有序蜂巢型周期陣列結構，這種方法可以在平面表面形成多種形式的陣列結構，然而，在曲面或錐面上很難實現自組裝的膠體球陣列結構，

技術實現要素：

本發明提供一種錐形光纖表面制備單層膠體球陣列結構的方法，可解決在錐形面上制備微納陣列結構的問題，解決在任意曲面(錐面)上制備微納陣列結構的難題。

本發明提供的錐形光纖表面制備單層膠體球陣列結構的方法，該方法包括以下步驟：

步驟一：微-納光纖錐4的制備

將普通光纖浸入到盛有的氫氟酸溶液塑料U型管中，浸入到溶液中普通光纖一端被腐蝕成錐型微-納光纖錐4，錐型微納光纖的直徑D為10nmnm-10μm；

步驟二：將微-納光纖錐4放入氧等離子清洗機中，通過氧等離子轟擊，使錐型微-納光纖錐4表面產生親水性；

步驟三：單層膠體陣列結構3的制備

采用界面自組裝方法:用微量取液器吸取5mL的去離子水滴在玻璃襯底表面，靜置2-3min在襯底表面形成一層厚度為1-2mm的水膜，吸取300uL的膠體微球混合溶液直接滴在襯底的表面的一端，由于混合溶液和水的密度、蒸發速率不同，在毛細力的作用下將帶動膠體微球浮于水膜表面，膠體微球混合溶液的膠體微球在分子間相互作用下在水膜表面形成穩定的單層膠體微球陣列結構，將浮在水膜表面的單層膠體微球陣列結構連同襯底緩慢放入玻璃容器1的水溶液2中，最終在玻璃容器1的水溶液2表面形成單層膠體陣列結構3；

步驟四：將微-納光纖錐4浸入到單層膠體球陣列結構3的液面下，采用自然蒸發沉降，即單層膠體球陣列結構3在水溶液蒸發過程中自然沉降，由于錐型微-納光纖錐4具有親水性，單層膠體球陣列結構3被吸附在光纖錐的表面形成陣列結構。

本發明的效果是采用該方法在錐形面上加工微-納陣列結構的工藝流程簡單，無需大型的設備。該方法不僅可以在錐形面上實現六邊形微球陣列結構的分布，可以在任意的曲面上制備微納陣列結構。微納陣列結構的間距可實現有效的調節。方法簡單，成本低，投資少，便于推廣。

附圖說明

圖1為本發明的錐形光纖表面制備單層膠體球陣列結構的方法的實驗步驟1示意圖；

圖2為本發明的錐形光纖表面制備單層膠體球陣列結構的方法的實驗步驟2示意圖；

圖3為本發明的錐形光纖表面制備單層膠體球陣列結構的方法的實驗步驟3示意圖；

圖4為本發明專利實施例的錐形光纖表面制備單層膠體球陣列結構的掃描電鏡圖。

圖中：

1、水槽 2、水溶液 3、在水面上形成的單層膠體球陣列結構

4、微-納光纖錐 5、光纖錐表面形成的膠體球陣列結構

具體實施方式

下面通過實施例對本發明的錐形光纖表面制備單層膠體球陣列結構的方法進一步描述。

本發明的錐形光纖表面制備單層膠體球陣列結構的方法設計思想是，采用自然沉降法在光纖錐表面制備單層膠體陣列結構，將親水處理后的光纖浸入到水膜下，單層膠體球陣列結構在蒸發過程中自然沉降，同時被吸附在光纖錐的表面形成陣列結構。

如圖1至圖3所示，本發明的錐形光纖表面制備單層膠體球陣列結構的方法包括以下步驟：

步驟一：微-納光纖錐4的制備

將普通光纖浸入到盛有的氫氟酸溶液塑料U型管中，浸入到溶液中普通光纖一端被腐蝕成錐型微-納光纖錐4，錐型微納光纖的直徑D為10nmnm-10μm。

步驟二：將微-納光纖錐4放入氧等離子清洗機中，通過氧等離子轟擊，使錐型微-納光纖錐4表面產生親水性。

步驟三：單層膠體陣列結構3的制備

采用界面自組裝方法:用微量取液器吸取5mL的去離子水滴在玻璃襯底表面，靜置2-3min在襯底表面形成一層厚度為1-2mm的水膜，吸取300uL的膠體微球混合溶液直接滴在襯底的表面的一端，由于混合溶液和水的密度、蒸發速率不同，在毛細力的作用下將帶動膠體微球浮于水膜表面，膠體微球混合溶液的膠體微球在分子間相互作用下在水膜表面形成穩定的單層膠體微球陣列結構，將浮在水膜表面的單層膠體微球陣列結構連同襯底緩慢放入玻璃容器1的水溶液2中，最終在玻璃容器1的水溶液2表面形成單層膠體陣列結構3。

步驟四：將微-納光纖錐4浸入到單層膠體球陣列結構3的液面下，采用自然蒸發沉降，即單層膠體球陣列結構3在水溶液蒸發過程中自然沉降，由于錐型微-納光纖錐4具有親水性，單層膠體球陣列結構3被吸附在光纖錐的表面形成陣列結構，陣列結構在錐形曲面上呈現六邊形對稱結構。

所述膠體微球混合溶液為上海輝質生物有限公司生產，膠體球的直徑為200～1000nm，所述襯底是光纖錐形的曲面襯底。

實施例

第一步：光纖錐是采用氫氟酸溶液腐蝕的方法將浸入溶液中一部分光纖腐蝕成光纖錐，光纖錐的長度為3-5mm，直徑D為10nm～20μm；

第二步：錐型微-納光纖錐的親水性處理，將其放入氧等離子清洗機，通過氧等離子轟擊，使錐型微納光纖錐表面產生親水性。

第三步：用微量取液器吸取一定量的去離子水滴在襯底表面，靜置2-3min在襯底表面形成一層厚度大約為1-2mm的水膜，吸取一定量的膠體微球混合溶液直接滴在襯底的表面的一端，由于混合溶液和水的密度、蒸發速率不同，在毛細力的作用下將帶動膠體微球浮于水膜表面，大量的膠體微球在分子間相互作用下在水膜表面形成穩定的單層膠體微球陣列結構，將襯底表面形成單層膠體微球陣列結構緩慢放入玻璃容器中的水溶液，最終在玻璃容器中的水溶液表面形成單層膠體陣列結構，膠體球的直徑為200～1000nm；

第四步：采用自然沉降法在光纖錐表面制備單層膠體陣列結構，將親水處理后的光纖浸入到水膜下，單層膠體球陣列結構在蒸發過程中自然沉降，同時被吸附在光纖錐的表面形成陣列結構。

圖1至圖3為所示實驗步驟。所述單層膠體晶體為自組裝形成的單層膠體球球陣列結構，聚苯乙烯微球的直徑為1um，圖4為所示在微納光纖錐表面形成的膠體球陣列結構的掃描電鏡圖。