等離激元是在金屬表面區(qū)域的一種自由電子和光子相互作用形成的電磁場(chǎng)振動(dòng)模式。等離激元納米材料在入射光的照射下，會(huì)產(chǎn)生局域表面等離激元共振現(xiàn)象，從而在材料表面形成很強(qiáng)的電場(chǎng)，因而在太陽(yáng)能利用、光譜傳感器等領(lǐng)域擁有廣泛的應(yīng)用前景。

　　兩個(gè)金屬納米顆粒之間如果距離適中會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)。電場(chǎng)增強(qiáng)的現(xiàn)象稱(chēng)為“熱點(diǎn)”?！盁狳c(diǎn)”可顯著提升光譜傳感器的靈敏度，從而提高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能或化學(xué)能的效率。因此，納米結(jié)構(gòu)中，如何使兩個(gè)金屬納米顆粒之間形成適中的距離是形成“熱點(diǎn)”的關(guān)鍵。

　　天津大學(xué)材料學(xué)院楊靜教授團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)便、高效的激光液氮直寫(xiě)技術(shù)，可在鋁片上一步制備面積為1平方厘米左右、具有高密度等離激元“熱點(diǎn)”的三維雜化鋁納米結(jié)構(gòu)的等離激元納米材料。該成果論文發(fā)表在《先進(jìn)功能材料》上，并以封底形式報(bào)道。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委資助。

　　傳統(tǒng)貴金屬(金、銀)等離激元材料成本高，且銀表面易氧化導(dǎo)致穩(wěn)定性不佳。金屬鋁是一種新興的、廉價(jià)等離激元材料，具有深紫外到可見(jiàn)光波段等離激元共振特性，且穩(wěn)定性強(qiáng)。然而，目前已報(bào)道的鋁納米結(jié)構(gòu)主要是由孤立的納米顆粒構(gòu)成的二維陣列，結(jié)構(gòu)單元之間距離很大，“熱點(diǎn)”較低。

　　楊靜團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的三維雜化鋁納米結(jié)構(gòu)是由三維堆積的氧化鋁核殼納米顆粒自組裝而成。制作方法是先把鋁片浸泡在液氮里面，利用激光直寫(xiě)技術(shù)，通過(guò)預(yù)先設(shè)計(jì)好的路線控制激光在鋁片上的輻照區(qū)域而生成。材料中的每個(gè)顆粒都形成了納米級(jí)的氧化鋁層，相鄰顆粒之間的納米級(jí)厚度的氧化鋁層使得兩個(gè)顆粒之間距離適中，能夠激發(fā)強(qiáng)烈的等離激元共振的相互作用，形成高密度的熱點(diǎn)，氧化層表面的電場(chǎng)增強(qiáng)明顯高于其他鋁納米結(jié)構(gòu)。此外，雜化結(jié)構(gòu)的三維堆積結(jié)構(gòu)同等面積較以往的二維結(jié)構(gòu)可進(jìn)一步提高“熱點(diǎn)”密度。這種大面積、高密度“熱點(diǎn)”的鋁納米結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的深紫外到可見(jiàn)光寬波段的光捕獲能力，進(jìn)而提高了太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能或化學(xué)能的效率。

　　該材料可直接作為紫外-表面增強(qiáng)拉曼光譜的襯底，應(yīng)用于濃度極低的痕量分子檢測(cè)。三維雜化鋁納米結(jié)構(gòu)的表面增強(qiáng)拉曼光譜增強(qiáng)效果比已報(bào)道的鋁納米材料高出了三個(gè)數(shù)量級(jí)。另外，以往的貴金屬等離激元材料只能用一次，該結(jié)構(gòu)的等離激元材料則具有長(zhǎng)達(dá)六個(gè)月的穩(wěn)定性，并且可以多次重復(fù)使用。