本发明涉及纳米材料，具体涉及一种快速构建大面积超晶格单层膜的方法及其产品和应用。
背景技术：
1、超晶格是一种具有规则有序排列的周期性结构，超晶格薄膜是利用微纳加工技术制得的具有类晶体结构的材料。相较于独立的纳米粒子、无序的纳米粒子二维膜，纳米粒子超晶格单层膜展现出了新的集体特性，在等离子体耦合、光致发光和磁通带隙等方面有优异性能，进而在生物传感、柔性电子、太阳能电池等领域应用广泛。无序的纳米粒子二维膜中纳米粒子的排列不规则，形成不均匀的热点分布，会导致sers信号的均一性较差，进而影响sers检测结果的可重复性，而纳米粒子超晶格单层膜能克服这一局限性。
2、关于贵金属纳米粒子超晶格单层膜，前期已经有了大量的研究工作，目前已经开发了多种制备功能性纳米粒子超晶格的有效策略。但是，传统的纳米粒子超晶格单层膜制备方法还存在一些问题。例如，高质量超晶格结构的制备过程是弱作用力平衡的过程，而目前还无法实现精确控制，因此难以制备得到大面积超晶格单层膜。此外，由于纳米粒子功能化修饰的过程以及超晶格畴愈合过程需要耗费大量的时间，因而无法实现超晶格单层膜的快速制备。因此，如何最大化缩减自组装时间和实现大面积制备是目前纳米粒子超晶格单层膜制备面临的主要挑战。
3、公开号为cn117488409a的中国专利文献公开了贵金属小纳米颗粒超晶格膜及组装方法与其在sers检测中的应用，该发明将贵金属纳米颗粒与含有微量配体的甲苯或正己烷溶液剧烈混合，发生相转移，获得含贵金属纳米颗粒的甲苯或正己烷溶液；然后将含贵金属纳米颗粒的甲苯或正己烷溶液注入到乙二醇或二乙二醇的界面上方，形成液-空界面，自然蒸发生成单层超晶格膜，再采用乙醇进行优化处理。一方面该方法时间效率有待提升，另一方面该方法只能用于制备贵金属小纳米颗粒超晶格膜。
4、公开号为cn110899720a的中国专利文献公开了一种二维柔性贵金属纳米粒子超晶格薄膜及其构建方法和应用，该发明利用具有高长径比的金银双金属纳米砖为基本构筑单元，通过基于聚合物的配体修饰方法对高长径比金核银壳纳米砖进行巯基封端的疏水性聚合物修饰，然后用气液界面自组装方法构建二维柔性贵金属纳米粒子超晶格薄膜。但是，该方法构建的超晶格薄膜面积有限。
技术实现思路
1、本发明提供了一种快速构建大面积超晶格单层膜的方法，工艺简单可控、制备速度快、普适性好，制备得到的纳米粒子超晶格单层膜有序性好，具有宏观大面积。
2、具体采用的技术方案如下：
3、一种快速构建大面积超晶格单层膜的方法，包括以下步骤：
4、(1)取纳米粒子溶液，利用全氟分子对纳米粒子进行功能化修饰，制备得到含有正己烷的混合溶液；
5、(2)将步骤(1)得到的混合溶液注入到水或醇溶剂体系中发生自组装，自组装过程中辅以水浴加热，水浴加热条件为40～85℃，待正己烷完全挥发，在液液界面处制备得到纳米粒子超晶格单层膜；
6、所述的纳米粒子溶液包括但不限于纳米金球溶液，纳米银球溶液，四氧化三铁纳米粒子溶液、硅纳米球溶液等；
7、所述的全氟分子为全氟癸硫醇、全氟癸酸或全氟辛基三乙氧基硅烷。
8、本发明方法利用全氟分子对纳米粒子进行功能化修饰，构筑了超低表面能微环境，并在特定的溶剂体系下以温度场辅助自组装过程，不但最大化克服吸附势垒，降低体系的自由能，还有效地增加熵的作用，强化组装驱动力，此外，全氟分子所构筑的超低表面能微环境还有效避免了温度场带来的纳米粒子热熔融，基于全氟分子与温度场的协同作用，本发明方法实现了快速构建大面积纳米粒子超晶格单层膜，构建时间可缩短至120min以内，可为30～120min，进一步为30～80min。
9、优选的，步骤(1)中，所述的纳米粒子的平均粒径为3～200nm。
10、可选的，纳米金球溶液由甲硼烷叔丁胺络合物(tbab)、氯酸金、油胺和有机溶剂为原料制备得到；纳米银球溶液由硝酸银、油胺和有机溶剂为原料制备得到；四氧化三铁纳米粒子溶液可直接购买得到；硅纳米球溶液由精氨酸、硅酸四乙酯(teos)、氨水和有机溶剂为原料制备得到。
11、优选的，纳米粒子溶液中纳米粒子的质量分数为1～10mg/ml，全氟分子和纳米粒子的配比为0.1～1mmol：1mg。
12、优选的，当所述的纳米粒子溶液为纳米金球溶液、纳米银球溶液或四氧化三铁纳米粒子溶液时，向纳米粒子溶液中加入全氟癸硫醇或全氟癸酸的正己烷溶液，制备得到含有正己烷的混合溶液；当所述的纳米粒子溶液为硅纳米球溶液时，向纳米粒子溶液中加入全氟辛基三乙氧基硅烷，修饰后离心，再分散于正己烷-乙醇溶液中，制备得到含有正己烷的混合溶液。
13、进一步优选的，全氟癸硫醇或全氟癸酸的正己烷溶液中，全氟癸硫醇或全氟癸酸的浓度为10～300mm。全氟分子浓度过高时，组装过程中会产生金属液滴，沉降在烧杯底部；浓度过低时，构建的超晶格会存在缺陷、出现多层，甚至出现纳米粒子熔融现象。
14、优选的，步骤(2)中，所述的醇溶剂为二乙二醇。
15、本发明还提供了一种纳米粒子超晶格单层膜，由所述的快速构建大面积超晶格单层膜的方法制备得到。
16、可选的，所述的纳米粒子超晶格单层膜的膜面积为1～30cm2，进一步为1～20cm2，具有规则有序排列的周期性结构，其致密性好、纳米粒子排列有序、密集，具有宏观大面积。
17、本发明还提供了所述的纳米粒子超晶格单层膜在检测领域中的应用，具体的，该超晶格单层膜可以作为sers基底使用。
18、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
19、(1)本发明方法利用全氟分子对纳米粒子进行功能化修饰，实现超低表面能微环境的构筑，并在自组装过程通过温度场辅助，进而最大化克服吸附势垒，降低体系的自由能，还有效地增加熵的作用，强化组装驱动力，此外，全氟分子所构筑的超低表面能微环境还有效避免了温度场带来的纳米粒子热熔融。基于全氟分子与温度场的协同作用，本发明方法实现了快速构建大面积超晶格单层膜。
20、(2)本发明采用液液界面自组装一步法制备得到大面积纳米粒子超晶格单层膜，制备方法简单、制备速度快、成本低、重复性好，所制得的纳米粒子超晶格单层膜易转移，纳米粒子排列有序、密集，致密性好，且本发明方法普适性好，不但可用于贵金属纳米粒子超晶格单层膜的制备，还可以制备四氧化三铁纳米粒子超晶格单层膜、硅纳米球超晶格单层膜等。
1.一种快速构建大面积超晶格单层膜的方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的快速构建大面积超晶格单层膜的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述的纳米粒子的平均粒径为3～200nm。
3.根据权利要求1所述的快速构建大面积超晶格单层膜的方法，其特征在于，纳米粒子溶液中纳米粒子的质量分数为1～10mg/ml，全氟分子和纳米粒子的配比为0.1～1mmol：1mg。
4.根据权利要求1所述的快速构建大面积超晶格单层膜的方法，其特征在于，当所述的纳米粒子溶液为纳米金球溶液、纳米银球溶液或四氧化三铁纳米粒子溶液时，向纳米粒子溶液中加入全氟癸硫醇或全氟癸酸的正己烷溶液，制备得到含有正己烷的混合溶液；当所述的纳米粒子溶液为硅纳米球溶液时，向纳米粒子溶液中加入全氟辛基三乙氧基硅烷，修饰后离心，再分散于正己烷-乙醇溶液中，制备得到含有正己烷的混合溶液。
5.根据权利要求4所述的快速构建大面积超晶格单层膜的方法，其特征在于，全氟癸硫醇或全氟癸酸的正己烷溶液中，全氟癸硫醇或全氟癸酸的浓度为10～300mm。
6.根据权利要求1所述的快速构建大面积超晶格单层膜的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述的醇溶剂为二乙二醇。
7.一种纳米粒子超晶格单层膜，其特征在于，由权利要求1-6任一所述的快速构建大面积超晶格单层膜的方法制备得到。
8.根据权利要求7所述的纳米粒子超晶格单层膜，其特征在于，所述的纳米粒子超晶格单层膜的膜面积为1～30cm2。
9.根据权利要求7或8所述的纳米粒子超晶格单层膜在检测领域中的应用。
