微納結(jié)構(gòu)以其特殊的光、電、磁等性質(zhì)在眾多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用,而周期性排列的微納結(jié)構(gòu)因具有良好的結(jié)構(gòu)有序性和可控性在表面增強(qiáng)拉曼散射（Surface-enhanced Raman Scattering,SERS）基底制備領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注。但基于光刻工藝的SERS基底制備需要昂貴的設(shè)備,成本高,從而限制了這類SERS基底的應(yīng)用。采用低成本、多樣化的膠體球自組裝技術(shù)可方便、精確的制備周期性排列的微納結(jié)構(gòu)。本文采用聚苯乙烯（Polystyrene,PS）球自組裝技術(shù)制備微納結(jié)構(gòu)作為SERS基底,同時(shí)研究SERS基底在檢測(cè)方面的應(yīng)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(shí)驗(yàn)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(yīng)離子刻蝕法（RIE）制備了非緊密排列的PS球自組裝掩膜,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),PS球直徑隨著刻蝕時(shí)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(jié)構(gòu)的尺寸。（2）利用刻蝕工藝對(duì)PS球進(jìn)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(jié)構(gòu)的SERS基底。此SERS基底靈敏度高、重復(fù)性好。采用時(shí)域有限差分法證實(shí)納米金顆粒... 

【文章來源】：北方工業(yè)大學(xué)北京市

【文章頁數(shù)】：72 頁

【學(xué)位級(jí)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(dòng)態(tài)的這個(gè)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(shí)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(jié)構(gòu)與ν0無關(guān)，所以拉曼光譜的特征峰可以提供分子的振動(dòng)信息。圖1-2拉曼散射原理示意圖1.2.2SERS增強(qiáng)機(jī)制拉曼散射信號(hào)很弱，限制了拉曼光譜的應(yīng)用。為了增強(qiáng)拉曼信號(hào)的強(qiáng)度，人們進(jìn)行了很多研究。1974年，英國(guó)的南安普頓大學(xué)Fleischmann等[5]發(fā)現(xiàn)當(dāng)吡啶分子吸附在粗糙電極表面時(shí)，拉曼散射信號(hào)會(huì)顯著提高。直至1977年，Jeanmaire等[6]與Albrecht等[7]通過計(jì)算得出吡啶分子的拉曼信號(hào)增加了105-106個(gè)數(shù)量級(jí)，他們將這種增強(qiáng)效應(yīng)稱為表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)，對(duì)應(yīng)的光譜則稱為表面增強(qiáng)拉曼光譜(Surface-EnhancedRamanScattering，簡(jiǎn)稱SERS)。表面增強(qiáng)拉曼散射由于其靈敏度高、選擇性高、特異性強(qiáng)在醫(yī)學(xué)診斷[8-9]，環(huán)境保護(hù)[10-11]，食品安全[12-13]等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)對(duì)SERS的理論研究，SERS具有以下四個(gè)特點(diǎn)[14-16]：（1）SERS對(duì)基底材料具有選擇性。貴金屬Ag、Au、Cu的SERS增強(qiáng)效果較好，其中Ag的增強(qiáng)效果最好。過渡金屬(如Rh、Pt、Co、Fe和Ni)也具有增強(qiáng)效果，但是增強(qiáng)效果較差。（2）SERS基底表面應(yīng)具有一定粗糙度。電化學(xué)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(hào)受到極大的增強(qiáng)[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(chǎng)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(jié)構(gòu)的局域表面等離子體（localizedsurfaceplasmons,LSPs）來實(shí)現(xiàn)。SPPs沿金屬和介電界面的表面?zhèn)鞑�，在該界面上，電磁�?chǎng)強(qiáng)呈指數(shù)衰減[18]，電磁場(chǎng)強(qiáng)被緊緊限制在金屬表面[19-20]。另一方面，LSPs將電磁場(chǎng)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(chǎng)的振蕩極性被前后拉動(dòng)（見圖1-3）[21-22]。這一過程導(dǎo)致粒子發(fā)射自己的偶極場(chǎng)，從而增強(qiáng)了入射電磁常當(dāng)入射輻射接近局域表面等離子體共振（LSPR）頻率時(shí)，電磁場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)增強(qiáng)。評(píng)估電磁增強(qiáng)幅度最簡(jiǎn)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(chǎng)，增強(qiáng)局部光場(chǎng)，一旦增強(qiáng)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(chǎng)也可以通過金屬納米粒子增強(qiáng)。這些電磁增強(qiáng)的區(qū)域稱為熱點(diǎn)。圖1-3金屬粒子振蕩電子云的示意圖化學(xué)增強(qiáng)（CE）機(jī)制是分子吸附到金屬表面時(shí)發(fā)生的電荷變化。它最初由Albrecht和Chreighton[23]提出，后來由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證實(shí)[24-25]與電磁增強(qiáng)機(jī)制相比，

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本文編號(hào)：3389900