论文部分内容阅读
表面增强拉曼（SERS）作为一种分析手段，具有高灵敏度、高选择性、非破坏性、高重复性、原位检测等优点，在过去的几十年中，被广泛应用在成分检测、环境科学、生物医药及传感器等领域。SERS技术一个关键的因素是SERS基底。如何使用简单、低廉、高效的方法合成出具有大尺寸、高增强能力及高重复性、可循环使用的SERS基底仍然是一项挑战。贵金属Au,Ag纳米颗粒，由于其具有较强的局部表面等离子体共振效应（LSPR），成为最常见的SERS活性基底。时域有限差分方法（FDTD）作为研究空间电磁场分布的一个重要工具，被广泛的应用在SERS增强分析中。本文致力于合成以贵金属纳米颗粒为基础的SERS活性基底，并通过FDTD技术来计算其电场增强能力。具体工作如下：（1）利用伽伐尼置换反应，在锗片上原位地生长出Au纳米颗粒阵列。通过表征来得到Au颗粒的直径大约为14nm，间隙约为3.6nm，尺寸均匀，分布密集。将这种Au-Ge用作SERS基底来检测1×10-8M R6G，展现出优秀的SERS灵敏度、重复性和均匀性，其拉曼增强因子可达3.44×106，几个R6G特征峰处的拉曼强度的相对标准偏差均小于20%。利用FDTD软件计算Au颗粒周围的场强发现，Au纳米颗粒周围的电场强度有着明显的增强。（2）通过伽伐尼置换，在Ni片及含有NiO层的Ni片表面分别生长出Au纳米颗粒，得到Au-Ni和Au-NiO/Ni基底。随着反应时间的增加，Au颗粒的尺寸和密度均在增大，其中，60min得到的Au颗粒尺寸和分布最为理想。这两种基底在检测R6G溶液的拉曼信号时，均表现出很好的SERS灵敏度和重复性；其中，Au-NiO/Ni基底具有更好的SERS信号均匀性，这可能是由于NiO/Ni基底上的Au颗粒具有较小的尺寸，因此热点的数目较多，随机性较小。通过FDTD模拟，计算并探讨了Au纳米颗粒的尺寸以及NiO层的厚度对其电场分布以及SERS能力的影响。（3）运用水热法合成了AgVO3纳米带，并利用γ辐照将Ag元素还原出来，在纳米带表面形成Ag纳米颗粒，得到Ag/AgVO3纳米带。通过XRD及SEM发现，随着辐照剂量的增加，纳米带上Ag的含量也不断增加。将这种材料用作SERS基底来检测R6G分子，与未经辐照的纳米带相比，经过辐照的Ag/AgVO3纳米带具有更高的SERS增强能力。（4）使用3D-FDTD模拟对贵金属纳米颗粒阵列的电场分布进行了研究。首先讨论了贵金属纳米颗粒在不同基底（Ge和Si）上的电场增强差异，Ge基底上的贵金属具有更强的电场增强效果。然后研究了不同尺寸和间距对Au, Ag纳米颗粒的电场增强能力的影响。结果表明，随着尺寸的增大以及颗粒间距的减小，金属颗粒间的电场逐渐增强。最后，还探讨了多层Au颗粒阵列的电场增强效果，多层的Au阵列具有更强的电场增强作用。