專利名稱：一種可見光頻段的左手材料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可見光頻段的左手材料，具體涉及一種由ITO導(dǎo)電玻璃，ZnO反蛋白石 結(jié)構(gòu)和銀樹枝狀陣列組成的左手材料，該材料可以在可見光范圍內(nèi)的實(shí)現(xiàn)左手特征響應(yīng)。
背景技術(shù)：
近年來，左手材料(Left-handed Metamaterials, LHMs)由于在傳感器、通信、醫(yī)學(xué)成像 等領(lǐng)域有重要價(jià)值，得到了物理、電子、光學(xué)及材料科學(xué)等多學(xué)科范圍內(nèi)的廣泛重視。關(guān)于 左手材料的研究也由最初的微波段逐漸向更短波長的紅外及可見光波段發(fā)展。隨著一些針對 高頻段左手材料理論模型的相繼提出，相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道了一些紅外波段左手材料的制備方法， 但是這些方法大多數(shù)都是采用物理刻蝕出不同的金屬結(jié)構(gòu)陣列來實(shí)現(xiàn)的。由于物理刻蝕工藝 自身的限制，人們還無法制備出的滿足可見光頻段左手響應(yīng)的納米尺度的金屬結(jié)構(gòu)，因而還 無法簡單的制備出可見光頻段的左手材料。通過化學(xué)方法可以比較簡單的獲得納米尺度的金 屬結(jié)構(gòu)，如果能夠用化學(xué)方法制備出某種納米尺度金屬結(jié)構(gòu)的材料，并使其實(shí)現(xiàn)可見光頻段 的左手響應(yīng)，將會(huì)打破目前左手材料制備的瓶頸，對可見光頻段左手材料的制備和應(yīng)用研究 具有重要的意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可見光頻段的左手材料，該材料是采用雙模板輔助化學(xué)電沉積 的方法，在ITO導(dǎo)電玻璃上制備ZnO反蛋白石結(jié)構(gòu)和納米尺度銀樹枝狀結(jié)構(gòu)陣列制備而成的。
本發(fā)明中的一種可見光頻段的左手材料，其中在ZnO反蛋白石結(jié)構(gòu)的制備過程中，通過 控制初級模板中聚苯乙烯微球的粒徑大小，可以控制其ZnO反蛋白石結(jié)構(gòu)的厚度和"碗"口 直徑。銀樹枝狀結(jié)構(gòu)的制備過程中，通過調(diào)節(jié)化學(xué)電沉積過程中的電沉積參數(shù)，如電解液的 濃度，沉積時(shí)間以及沉積電壓等，可以對所制得的樹枝狀的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行有效的調(diào)節(jié)，從而 該材料在可見光頻段實(shí)現(xiàn)左手特征響應(yīng)。


圖1 (aO二維聚苯乙烯膠體晶體初級模板，(b)ZnO反蛋白石結(jié)構(gòu)二級模板和(c, d)銀樹枝狀 結(jié)構(gòu)陣列左手材料的掃描電鏡照片圖2 PEG-20000濃度1.8mM，沉積電壓0.5V，沉積時(shí)間5min條件下制備的左手材料的可 見光透射曲線
圖3 PEG-20000濃度2.4mM，沉積電壓0.4V,沉積時(shí)間10min條件下制備的左手材料的可 見光透射曲線
具體實(shí)施例方式
1. ZnO反蛋白石結(jié)構(gòu)的制備首先使用粒徑大小為0.8~1.5nm的聚苯乙烯微球，采用 膜轉(zhuǎn)移法在大小為lcn^3cmnmm的ITO導(dǎo)電玻璃上制備二維聚苯乙烯膠體晶體初級模板(如 附圖la)。然后采用雙電極體系，以覆蓋有初級模板的ITO導(dǎo)電玻璃片為陰極，純度為99.99% 的金屬鋅片為陽極，在0.035M的Zn(N03)2，6H20水溶液中化學(xué)電沉積ZnO。整個(gè)沉積過程 在水浴中進(jìn)行，水浴溫度在60 80'C之間，電極間距在3.0cm,沉積電壓0.8V，沉積時(shí)間5min。 電沉積結(jié)束后，將導(dǎo)電玻璃從電解液中取出，置于氯仿中浸泡并超聲處理后，得到厚度為 550nm， ZnO "碗"口的尺寸大小為的ZnO反蛋白石結(jié)構(gòu)二級模板(如附圖lb所示)。
2. 金屬銀樹枝狀結(jié)構(gòu)陣列的制備采用雙電極體系，以覆蓋有二級模板的ITO導(dǎo)電玻璃 片為陰極，純度為99.99%的金屬銀為陽極，電解液為濃度為0.6mM的硝酸鋅與1.8~2.4mM 的聚乙二醇-20000 (PEG-20000)的混合水溶液。整個(gè)沉積過程在冰水浴中進(jìn)行，電極間距 0.5mm，沉積電壓0.4-0.6V，沉積時(shí)間5 10min。電沉積過程結(jié)束后，將陰極從電解液中取 出用大量的超純水沖洗室溫干燥，得到由ITO導(dǎo)電玻璃，ZnO反蛋白石結(jié)構(gòu)和銀樹枝狀結(jié)構(gòu) 陣列組成的左手材料，其中銀樹枝狀結(jié)構(gòu)陣列的單元大小為400 900nrn，分枝大小為 20 100nrn，相鄰兩個(gè)銀樹枝狀單元之間的間距為"碗"的中心間距，約為(如附圖lc 和ld所示)。通過控制化學(xué)電沉積條件，可以制備出不同幾何結(jié)構(gòu)的樹枝狀結(jié)構(gòu)銀，從而在 在可見光600~650nm頻段內(nèi)實(shí)現(xiàn)左手特征響應(yīng)。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)過程和材料的性能由實(shí)施例和

實(shí)施例一化學(xué)電沉積銀樹枝狀結(jié)構(gòu)陣列過程中，所用電解液為0.6mMAgN03和1.8mM PEG-20000混合溶液，在0.5V沉積電壓條件下沉積5min得到左手材料樣品的掃描電鏡照片 如附圖2a所示。從圖中可以看出，銀樹枝狀單元的大小約為500nm,分枝寬度大約為20 80nm， 該樣品的的可見透射測試曲線如附圖2b所示，從曲線中可以看出，在600nm處出現(xiàn)一個(gè)明 顯的透射峰，說明該條件下制備的材料可以在可見光600nm處實(shí)現(xiàn)左手特征相應(yīng)。
實(shí)施例二化學(xué)電沉積銀樹枝狀陣列過程中，所用電解液為Q.6mM AgN03和2.4mPEG-20000混合溶液，在0.4V沉積電壓條件下沉積10min得到左手材料樣品的掃描電鏡照片 如附圖3a所示。從圖中可以看出，銀樹枝狀單元的大小約為卯0nm，分枝寬度大約為 30-100nm。該樣品的可見測試曲線如附圖3b所示。從圖中可以看出，在640nm處出現(xiàn)一個(gè) 明顯的透射峰，說明該條件下制備的材料可以在可見光640nm處實(shí)現(xiàn)左手特征相應(yīng)。
權(quán)利要求
1. 一種可見光頻段的左手材料，由氧化銦錫(ITO)導(dǎo)電玻璃、ZnO反蛋白石結(jié)構(gòu)和銀樹枝狀陣列組成，其特征是該材料采用雙模板輔助化學(xué)電沉積的方法制備ZnO反蛋白石結(jié)構(gòu)，通過控制銀樹枝狀結(jié)構(gòu)的參數(shù)，在可見光頻段600～640nm內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)左手特征響應(yīng)。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種可見光頻段的左手材料，其特征是ZnO反蛋白石結(jié)構(gòu)的厚度為 550nm， ZnO "碗"口的尺寸大小為l.ljim。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種可見光頻段的左手材料，其特征是銀樹枝狀結(jié)構(gòu)陣列的結(jié)構(gòu)單元 尺寸大小為400 900nrn,分枝大小為20~100nm。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種可見光頻段的左手材料，其特征是制備過程為(1) 采用膜轉(zhuǎn)移法，在ITO導(dǎo)電玻璃上制備二維聚苯乙烯膠體晶體初級模板，要求單分散的聚苯乙烯微球的粒徑大小為1.1^m;(2) 在二維聚苯乙烯膠體晶體初級模板的空隙中化學(xué)電沉積ZnO,用氯仿浸泡除去聚苯乙烯微球后，得到ZnO反蛋白石結(jié)構(gòu)二級模板。化學(xué)電沉積ZnO過程中，以覆蓋 有初級模板的ITO導(dǎo)電玻璃片為陰極，純度99.99%的金屬鋅片為陽極，在0.035M 的Zn(N03)2*6H20水溶液中化學(xué)電沉積ZnO。整個(gè)沉積過程在60 80'C水浴中進(jìn)行， 電極間距3.0cm，沉積電壓0.8V，沉積時(shí)間5min;(3) 在ZnO反蛋白石結(jié)構(gòu)二級模板中化學(xué)電沉積銀樹枝狀結(jié)構(gòu)，得到由ITO導(dǎo)電玻璃，ZnO反蛋白石結(jié)構(gòu)和銀樹枝狀結(jié)構(gòu)陣列組成的可見光頻段左手材料。化學(xué)電沉積銀 樹枝狀結(jié)構(gòu)過程中，以覆蓋有二級模板的ITO導(dǎo)電玻璃片為陰極，純度為99.99% 的金屬銀為陽極，電解液為濃度0.6mM的硝酸銀與1.8~2.4mM的聚乙二醇-20000 的混合水溶液。整個(gè)沉積過程在冰水浴中進(jìn)行，電極間距0.5mm，沉積電壓為 0.4~0.5V,沉積時(shí)間5~10min。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可見光頻段的左手材料，該材料由ITO導(dǎo)電玻璃，ZnO反蛋白石結(jié)構(gòu)和銀樹枝狀陣列組成。其中ZnO反蛋白石結(jié)構(gòu)的厚度為550nm，“碗”口的直徑大小為1.1μm。通過調(diào)節(jié)化學(xué)電沉積過程中電沉積參數(shù)，如電解液的濃度，沉積時(shí)間以及沉積電壓等，可以調(diào)節(jié)樹枝狀的結(jié)構(gòu)單元大小在400～900nm范圍內(nèi)，從而使該材料在可見光600～650nm頻段實(shí)現(xiàn)左手特征響應(yīng)。
文檔編號(hào)C25D5/00GK101487131SQ20081001732
公開日2009年7月22日 申請日期2008年1月18日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月18日
發(fā)明者輝 劉, 李慶武, 陽 楊, 趙曉鵬 申請人:西北工業(yè)大學(xué)