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，材料牛编辑整理。

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