斜角沉积法制备SERS基底的研究与应用

来源 :华南师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:zhangduanhua0505
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表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)光谱检测技术具有高灵敏度、无破坏性、快速等优点,被广泛应用于生物、医学、化学、环境、食品、药品安全等多个领域。尽管目前关于SERS基底的制备方法已经很多,但由于其中大部分方法具有成本高、过程复杂、增强效果差、重复性低等问题而被局限在实验室中。因此,探索出成本低廉、可大面积制备、工艺简单的制备方法对SERS的发展和推广具有重要意义。为了实现对于波长具有选择性或者依赖性的待测分子的观测,需要研究出激发波长可调控SERS基底的制备方法,以实现不同波长下的局域场增强。此外,为了能在拉曼光谱测试过程中获得更高的信号,人们希望能在激光激发范围内构建出更多的“热点”结构以产生更强的增强效果,于是将研究的目光转向了三维结构型SERS基底的设计上。由此,本论文根据上述人们关注的热点进行研究,提出了有效的解决办法,具体包含了以下工作:  (1)可调控平面SERS基底的制备:我们提出一种利用斜角蒸镀在平面硅片衬底上制备银纳米颗粒,以获得表面增强局域场可调控SERS基底的方法。通过常规蒸镀过程沉积120 nm银、20 nm氧化铝薄膜后,再利用斜角蒸镀过程分别沉积蒸发厚度为20nm~60nm的银纳米颗粒,得到MIM(metal-insulator-metal,MIM)型SERS基底。在斜角蒸镀这一步中,我们通过调节蒸发银的量来改变银纳米颗粒大小,进而调控基底光学特性,以实现特定633 nm的激发光波长下的最优拉曼信号增强效果;通过与石英片上带有单层银颗粒的SERS基底对比以及FDTD模拟,我们发现当倾斜蒸镀银颗粒的蒸发厚度为30nm时得到的平面SERS基底在633nm激发光下增强效果最好,相比于带有单层银颗粒的石英样品高出一个数量级,且具有非常好的信号均匀性与重复性。  (2)3D结构SERS基底的制备:我们在带有微米级倒金字塔结构或倒锥孑孔结构的硅片模板上依次沉积了银颗粒、氧化物薄膜、银颗粒,制备出了MIM三明治型结构的纳米颗粒并应用于表面增强拉曼散射;通过测试基底上对甲苯硫酚分子的拉曼光谱信号与基底的双光子激发荧光光谱,可以发现,相比于仅仅蒸镀一层银纳米颗粒的3D结构硅片基底,带有MIM纳米颗粒的SERS基底具有更好的场增强能力。此外,由于倒金字塔结构或倒锥孔结构为紫外光刻法制得的周期性结构,所以在我们的3D-SERS基底上,不同倒金字塔或倒锥孔位置处测得的拉曼信号具有非常高的均匀性。
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