微納結構以其特殊的光、電、磁等性質(zhì)在眾多領域有著廣泛的應用,而周期性排列的微納結構因具有良好的結構有序性和可控性在表面增強拉曼散射（Surface-enhanced Raman Scattering,SERS）基底制備領域引起了廣泛關注。但基于光刻工藝的SERS基底制備需要昂貴的設備,成本高,從而限制了這類SERS基底的應用。采用低成本、多樣化的膠體球自組裝技術可方便、精確的制備周期性排列的微納結構。本文采用聚苯乙烯（Polystyrene,PS）球自組裝技術制備微納結構作為SERS基底,同時研究SERS基底在檢測方面的應用。主要開展的工作和成果如下:（1）基于氣液界面法搭建了一套實驗裝置可制備出大面積緊密排列的聚苯乙烯（PS）球自組裝單層膜并平穩(wěn)的轉(zhuǎn)移到襯底上。通過反應離子刻蝕法（RIE）制備了非緊密排列的PS球自組裝掩膜,實驗發(fā)現(xiàn),PS球直徑隨著刻蝕時間的增加而線性減小,由此可精確控制PS球掩膜以及微納結構的尺寸。（2）利用刻蝕工藝對PS球進行表面粗糙化,并形成納米金顆粒從而制備了大面積基于PS球結構的SERS基底。此SERS基底靈敏度高、重復性好。采用時域有限差分法證實納米金顆粒... 

【文章來源】：北方工業(yè)大學北京市

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

拉曼散射產(chǎn)生過程示意圖

。此過程中，光子與分子間沒有能量交換，入射光的頻率和散射光的頻率相同，即是瑞利散射(Rayleighscattering)過程[3]。另一種情況為：電子受光子激發(fā)而來到激發(fā)虛態(tài)，再由激發(fā)虛態(tài)回到振動態(tài)的這個過程，光子與電子之間有能量傳遞，電子在此過程中不能回到原來的能態(tài)，光子獲得或者失去一部分能量，此時光子與物質(zhì)分子發(fā)生散射作用稱為拉曼散射(Ramanscattering)過程[4]。拉曼散射分為托克斯散射和反托克斯散射。Δν是能量的變化即拉曼位移，取決于分子的結構與ν0無關，所以拉曼光譜的特征峰可以提供分子的振動信息。圖1-2拉曼散射原理示意圖1.2.2SERS增強機制拉曼散射信號很弱，限制了拉曼光譜的應用。為了增強拉曼信號的強度，人們進行了很多研究。1974年，英國的南安普頓大學Fleischmann等[5]發(fā)現(xiàn)當吡啶分子吸附在粗糙電極表面時，拉曼散射信號會顯著提高。直至1977年，Jeanmaire等[6]與Albrecht等[7]通過計算得出吡啶分子的拉曼信號增加了105-106個數(shù)量級，他們將這種增強效應稱為表面增強拉曼散射效應，對應的光譜則稱為表面增強拉曼光譜(Surface-EnhancedRamanScattering，簡稱SERS)。表面增強拉曼散射由于其靈敏度高、選擇性高、特異性強在醫(yī)學診斷[8-9]，環(huán)境保護[10-11]，食品安全[12-13]等領域得到了廣泛的應用。根據(jù)對SERS的理論研究，SERS具有以下四個特點[14-16]：（1）SERS對基底材料具有選擇性。貴金屬Ag、Au、Cu的SERS增強效果較好，其中Ag的增強效果最好。過渡金屬(如Rh、Pt、Co、Fe和Ni)也具有增強效果，但是增強效果較差。（2）SERS基底表面應具有一定粗糙度。電化學氧化還原法、濺射法、自組裝法以及刻蝕法等都可以形成粗糙的襯底。

燒?齲?虼宋?皆誚?屬粒子表面的分子的拉曼信號受到極大的增強[3]。等離子體是金屬自由電子的集體振蕩，在一定頻率的激發(fā)下與入射光場產(chǎn)生共振，這些振蕩可以通過宏觀表面的表面等離子體激元（surfaceplasmonpolaritons，SPPs）或納米結構的局域表面等離子體（localizedsurfaceplasmons,LSPs）來實現(xiàn)。SPPs沿金屬和介電界面的表面?zhèn)鞑ィ谠摻缑嫔�，電磁場強呈指�?shù)衰減[18]，電磁場強被緊緊限制在金屬表面[19-20]。另一方面，LSPs將電磁場集中在金屬納米粒子周圍，金屬納米粒子的電子云隨著入射場的振蕩極性被前后拉動（見圖1-3）[21-22]。這一過程導致粒子發(fā)射自己的偶極場，從而增強了入射電磁常當入射輻射接近局域表面等離子體共振（LSPR）頻率時，電磁場增強效應增強。評估電磁增強幅度最簡單的理論方法是通過偶極子輻射的靜電近似。在光的作用下金屬粒子將發(fā)出自己的偶極場，增強局部光場，一旦增強的入射光激發(fā)了納米粒子表面的分子，來自分子的散射場也可以通過金屬納米粒子增強。這些電磁增強的區(qū)域稱為熱點。圖1-3金屬粒子振蕩電子云的示意圖化學增強（CE）機制是分子吸附到金屬表面時發(fā)生的電荷變化。它最初由Albrecht和Chreighton[23]提出，后來由實驗數(shù)據(jù)證實[24-25]與電磁增強機制相比，

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3389900