金属颗粒的模板自组装方法实现色彩转换的纳米像素点

等离激元纳米结构由于具有较大的散射截面和光学稳定性，而且几何尺寸越来越小，因此在光学传感、色彩显示与探测等领域正受到越来越多的关注，同时在信息存储和加密领域也具有较大的应用前景。然而要真正实现加密功能，像素点需要具备宽谱的色彩响应以及偏振特性。利用传统的自上而下的工艺制备的纳米结构很难在几个纳米尺寸上做到较好的一致性和稳定性，而且用物理沉积方法获得的金属材料存在表面粗糙度和晶界，这些都会降低光学调控的精度并且增加等离激元损耗。

最近，美国波士顿大学的Tianhong Chen等人利用模板自组装方法制备了不同材料、不同尺寸、不同聚集程度的金属纳米颗粒“像素”点，实现了可见光波段偏振灵敏的成像。首先在ITO玻璃上利用EBL曝光制备PMMA胶上的不同尺寸的纳米槽，然后用聚赖氨酸水溶液处理基底使得槽底部的ITO部分携带正电。将金属纳米球经过thiol-alkyl-PEG处理后携带负电，然后将纳米球悬浮液置于图形化的ITO衬底上并用氮气反复吹扫，利用纳米槽和金属球间的静电力以及液滴边缘的毛细力使得不同尺寸的纳米球能够很好的填充到相应的纳米槽中。最后用胶带将PMMA表面吸附的纳米颗粒去除，即可得到不同聚集程度的“像素”点。利用倒置显微镜观察“像素”点阵列的暗场像，并施加不同偏振，可以观察到“像素”颜色随金属颗粒尺寸、材料和聚集程度改变而发生的变化，同时入射光的偏振能够调控“像素”点的颜色。利用不同“像素”点的组合还可以实现颜色的叠加。这一结果证明这种方法能够在整个可见光波段很好的控制“像素”点的颜色，并且能够通过偏振进行调控，表明其在成像和加密领域具有较高的应用价值。

图1：自组装形成金属纳米颗粒单体和多聚体“像素”示意图，及其颜色随尺寸和聚集类型的变化而变化。

图2：利用不同颜色的“像素”点组合实现色彩的叠加。

图3：利用不同颜色的“像素”点获得的图案，并且图案颜色可以通过偏振进行调控。