三光束激光干涉誘導(dǎo)向后轉(zhuǎn)移制備金納米結(jié)構(gòu)及其SERS特性
發(fā)布時(shí)間：2021-01-08 18:34
為了提高激光誘導(dǎo)向后轉(zhuǎn)移制備微納陣列結(jié)構(gòu)的效率,本文提出三光束激光干涉誘導(dǎo)向后轉(zhuǎn)移（LIIBT）技術(shù),為激光干涉技術(shù)與激光誘導(dǎo)向后轉(zhuǎn)移的有機(jī)結(jié)合。本文以ITO玻璃為接收襯底,金薄膜為靶材,LIIBT過程中采用三光束激光干涉進(jìn)行加工。SEM結(jié)果表明,在激光能量密度為25 mJ/cm2,金膜厚度為50 nm條件下,獲得了較好的陣列結(jié)構(gòu),周期為5μm,金納米粒子均勻分布在其表面,尺寸小于100 nm的粒子達(dá)到80%以上。EDX分析結(jié)果表明微米尺度點(diǎn)陣由大量的In元素組成,該結(jié)構(gòu)的形成源于激光與ITO層相互作用。將1.0×10-5,1.0×10-7和1.0×10-9M的羅丹明6G溶液,旋涂于微結(jié)構(gòu)表面并進(jìn)行拉曼光譜研究,在612 cm-1,773 cm-1,1 190 cm-1,1 319 cm-1和1 511 cm-1處發(fā)現(xiàn)了羅丹明6G的特征峰,說明制備的金納米結(jié)構(gòu)對微量的羅丹明6G有明顯的SER...
【文章來源】：光學(xué)精密工程. 2020,28(02)北大核心
【文章頁數(shù)】：10 頁
【部分圖文】：
(a)三光束LIIBT實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),其中,BS為分光鏡,M為反射鏡,H1,H2,H3為半波片,P1,P2,P3為偏振片;(b)三光束(1 064 nm)LIIBT制備周期性結(jié)構(gòu)工作原理放大示意圖;(c)金納米粒子向后轉(zhuǎn)移過程示意圖;(d)利用LIIBT制備的周期性結(jié)構(gòu)的SEM圖像
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),激光能量密度從15 mJ/cm2增大至25 mJ/cm2,樣品表面納米結(jié)構(gòu)由連續(xù)的波浪狀結(jié)構(gòu)向獨(dú)立的微米尺度點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,當(dāng)激光能量密度增大至30 mJ/cm2時(shí),點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)邊緣變得不規(guī)則。如圖3所示,當(dāng)激光能量密度為15,20 mJ/cm2時(shí),納米粒子尺度集中于300 nm以下,當(dāng)激光能量密度為25 mJ/cm2時(shí),納米粒子大多小于100 nm,當(dāng)激光能量密度增大到30 mJ/cm2時(shí),納米粒子尺度呈現(xiàn)增大趨勢,納米粒子尺度主要分布在200～500 nm之間。圖3 不同激光能量密度下,利用50 nm作為靶材轉(zhuǎn)移到ITO玻璃表面的納米粒子分布情況
圖2 金薄膜厚度為50 nm條件下,三光束LIIBT技術(shù)制備微結(jié)構(gòu)的SEM圖像(所有給出的激光能量密度均指單光束的激光能量密度)為了驗(yàn)證金薄膜厚度對金納米粒子向后轉(zhuǎn)移的影響,進(jìn)一步采用厚度為200 nm的金薄膜作為靶材在激光能量密度為15,20,25,30 mJ/cm2條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。圖4為上述條件下制備的樣品的SEM形貌圖,其中的插圖分別為其局部放大形貌圖。圖4(a)是激光能量密度為15 mJ/cm2條件下的SEM表面形貌圖,在該能量密度下獲得的結(jié)構(gòu)為微米尺度波浪狀條紋,與金薄膜厚度為50 nm時(shí)類似。從圖5(a)中柱狀圖可以看出尺寸大于300 nm納米粒子接近70%。圖4(b)所示為激光能量密度為20 mJ/cm2條件下樣品表面納米結(jié)構(gòu)的SEM圖像,可以看出隨著激光能量密度的增大,波浪狀條紋結(jié)構(gòu)開始向獨(dú)立的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,表面粒徑大于300 nm的納米粒子的數(shù)量呈現(xiàn)增加趨勢達(dá)到80%(圖5(b))。激光能量密度為25 mJ/cm2條件下制備的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)表面SEM圖像如圖4(c)所示,微米尺度點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)較好的周期性且表面的納米粒子尺寸呈現(xiàn)出增大趨勢,并展示出許多雨滴狀粒子。這一點(diǎn)也可從圖5(c)所示的柱狀圖看出,雖然300 nm尺度的納米粒子仍然占很大比例,但接近800 nm的納米粒子開始出現(xiàn)。當(dāng)激光能量密度增大至30 mJ/cm2時(shí),點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)雖然仍保持明顯的周期性特征,但單個(gè)點(diǎn)的形貌卻呈現(xiàn)不規(guī)則形狀,如圖4(d)所示,另外,從插圖中還觀察到表面納米粒子數(shù)量減少的情況,且雨滴狀粒子的數(shù)量有所增加。圖5(d)的柱狀圖也給出的粒子變化情況,發(fā)現(xiàn)大尺寸粒子呈現(xiàn)明顯的增長趨勢,尺寸大于1 μm的粒子超過10%。
本文編號：2965090
【文章來源】：光學(xué)精密工程. 2020,28(02)北大核心
【文章頁數(shù)】：10 頁
【部分圖文】：
(a)三光束LIIBT實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),其中,BS為分光鏡,M為反射鏡,H1,H2,H3為半波片,P1,P2,P3為偏振片;(b)三光束(1 064 nm)LIIBT制備周期性結(jié)構(gòu)工作原理放大示意圖;(c)金納米粒子向后轉(zhuǎn)移過程示意圖;(d)利用LIIBT制備的周期性結(jié)構(gòu)的SEM圖像
實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),激光能量密度從15 mJ/cm2增大至25 mJ/cm2,樣品表面納米結(jié)構(gòu)由連續(xù)的波浪狀結(jié)構(gòu)向獨(dú)立的微米尺度點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,當(dāng)激光能量密度增大至30 mJ/cm2時(shí),點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)邊緣變得不規(guī)則。如圖3所示,當(dāng)激光能量密度為15,20 mJ/cm2時(shí),納米粒子尺度集中于300 nm以下,當(dāng)激光能量密度為25 mJ/cm2時(shí),納米粒子大多小于100 nm,當(dāng)激光能量密度增大到30 mJ/cm2時(shí),納米粒子尺度呈現(xiàn)增大趨勢,納米粒子尺度主要分布在200～500 nm之間。圖3 不同激光能量密度下,利用50 nm作為靶材轉(zhuǎn)移到ITO玻璃表面的納米粒子分布情況
圖2 金薄膜厚度為50 nm條件下,三光束LIIBT技術(shù)制備微結(jié)構(gòu)的SEM圖像(所有給出的激光能量密度均指單光束的激光能量密度)為了驗(yàn)證金薄膜厚度對金納米粒子向后轉(zhuǎn)移的影響,進(jìn)一步采用厚度為200 nm的金薄膜作為靶材在激光能量密度為15,20,25,30 mJ/cm2條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。圖4為上述條件下制備的樣品的SEM形貌圖,其中的插圖分別為其局部放大形貌圖。圖4(a)是激光能量密度為15 mJ/cm2條件下的SEM表面形貌圖,在該能量密度下獲得的結(jié)構(gòu)為微米尺度波浪狀條紋,與金薄膜厚度為50 nm時(shí)類似。從圖5(a)中柱狀圖可以看出尺寸大于300 nm納米粒子接近70%。圖4(b)所示為激光能量密度為20 mJ/cm2條件下樣品表面納米結(jié)構(gòu)的SEM圖像,可以看出隨著激光能量密度的增大,波浪狀條紋結(jié)構(gòu)開始向獨(dú)立的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變,表面粒徑大于300 nm的納米粒子的數(shù)量呈現(xiàn)增加趨勢達(dá)到80%(圖5(b))。激光能量密度為25 mJ/cm2條件下制備的點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)表面SEM圖像如圖4(c)所示,微米尺度點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)較好的周期性且表面的納米粒子尺寸呈現(xiàn)出增大趨勢,并展示出許多雨滴狀粒子。這一點(diǎn)也可從圖5(c)所示的柱狀圖看出,雖然300 nm尺度的納米粒子仍然占很大比例,但接近800 nm的納米粒子開始出現(xiàn)。當(dāng)激光能量密度增大至30 mJ/cm2時(shí),點(diǎn)陣結(jié)構(gòu)雖然仍保持明顯的周期性特征,但單個(gè)點(diǎn)的形貌卻呈現(xiàn)不規(guī)則形狀,如圖4(d)所示,另外,從插圖中還觀察到表面納米粒子數(shù)量減少的情況,且雨滴狀粒子的數(shù)量有所增加。圖5(d)的柱狀圖也給出的粒子變化情況,發(fā)現(xiàn)大尺寸粒子呈現(xiàn)明顯的增長趨勢,尺寸大于1 μm的粒子超過10%。
本文編號：2965090
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