湿法刻蚀Ag纳米线阵列制备SiO2固态纳米孔薄膜

doi:10.7503/cjcu20250005

摘要/Abstract

摘要：

相比传统生物纳米孔薄膜, 固态纳米孔薄膜在化学、机械及热稳定性方面表现更优, 因此在生物探测和生命健康等领域具有广泛应用前景. 本文通过多靶磁控共溅射系统制备银(Ag)纳米线阵列-二氧化硅(SiO₂)复合超材料薄膜, 并采用化学湿法刻蚀技术, 利用过氧化氢(H₂O₂)刻蚀液选择性溶解Ag纳米线阵列, 成功制备了平均直径约为5 nm的SiO₂固态纳米孔阵列薄膜. 通过X射线衍射、电感耦合等离子体发射光谱和椭圆偏振光谱等分析手段, 证实了Ag纳米线在H₂O₂溶液中完全溶解, 并阐明了Ag纳米线与H₂O₂的化学反应机理. 此外, 利用扫描电子显微镜和小角X射线散射仪对SiO₂固态纳米孔阵列的形貌及微结构尺寸进行了表征. 本研究成功制备了直径小于10 nm的SiO₂固态纳米孔阵列结构, 为高效制备SiO₂固态纳米孔阵列提供了新的思路.

关键词: 固态纳米孔, 化学湿法刻蚀, 银纳米线阵列, 溶解, 磁控溅射

Abstract:

Solid-state nanopore films are used widely in biological detection， life and health， and other sectors because they are more chemically， mechanically， and thermally stable than traditional biological nanopore films. Using a multi-target magnetron co-sputtering system， silver（Ag） nanowire array-silicon dioxide（SiO₂） composite metamaterial films were created. The Ag nanowire arrays were selectively dissolved by hydrogen peroxide（H₂O₂） solution， and chemical wet etching produced SiO₂solid nanopore array films with an average diameter of about 5 nm. X-ray diffraction， inductively coupled plasma optical emission spectroscopy and spectroscopic ellipsometry were used to confirm the complete dissolution of Ag nanowires in H₂O₂ solution， and the chemical reaction mechanism between Ag nanowires and H₂O₂ was clarified. In addition， scanning electron microscopy and small-angle X-ray scattering were used to characterize the morphology and microstructure size of SiO₂ solid state nanopore array. In this study， SiO₂solid state nanopore arrays with a diameter of less than 10 nm were successfully fabricated， which provides a new idea for the efficient preparation of solid-state nanopore arrays.

Key words: Solid state nanopore, Chemical wet etching, Ag nanowire array, Dissolution, Magnetron sputtering

中图分类号:

O614

TrendMD:

辛若晨, 李国华, 高俊华, 曹鸿涛. 湿法刻蚀Ag纳米线阵列制备SiO₂固态纳米孔薄膜. 高等学校化学学报, 2025, 46(7): 20250005.

XIN Ruochen, LI Guohua, GAO Junhua, CAO Hongtao. SiO₂ Solid-state Nanopore Films Prepared by Wet Etching Ag Nanowire Arrays. Chem. J. Chinese Universities, 2025, 46(7): 20250005.

图/表 5

Fig.1 SEM images of AgNW⁃SiO2 metamaterial film(A) and SiO2 solid state nanopores film(B), and histograms of statistical diameter distribution of AgNW(C) and SiO2 solid state nanopores(D) in AgNW⁃SiO2 metamaterial filmInsets: the high-magnification images and the cross-sectional images.

Fig.2 Ag dissolution photos(A) and microstructure of the SiO2 arrays(B)

Fig.3 XRD patterns of AgNW⁃SiO2 film and solid state nanopore film(A) and Ag concentration⁃time curve of AgNW⁃SiO2 film in H2O2 solution(B)

Fig.4 Transmittance spectra(A), refractive index(B) and extinction coefficient(C) of AgNW⁃SiO2 film and SiO2 solid state nanopore film, the ellipsometry fitting results(dotted line) and the experimental spectra(solid lines) of SiO2 solid state nanopore(D) and AgNW⁃SiO2 film(E)

Fig.5 2D SAXS patterns of the AgNW⁃SiO2 samples(A) and SiO2 solid state nanopores(B), 1D SAXS maps plotted along the qy direction at different qz locations(C) and the Guinier fits on the 1D SAXS intensity profiles(D) of AgNW⁃SiO2 films and SiO2 solid⁃state nanopore films

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湿法刻蚀Ag纳米线阵列制备SiO₂固态纳米孔薄膜

SiO₂ Solid-state Nanopore Films Prepared by Wet Etching Ag Nanowire Arrays

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