【摘要】：表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)作為一種超敏感、簡單、快速、無損的檢測方法,在物質(zhì)檢測中得到了很好的應(yīng)用。在SERS的增強(qiáng)機(jī)理中,由貴金屬顆粒表面的表面等離子體共振(SPR)所激發(fā)的電磁增強(qiáng)占主體地位。由于SPR與納米結(jié)構(gòu)的周期及幾何參數(shù)緊密相關(guān),因此,想要得到較高SERS效應(yīng)的納米結(jié)構(gòu)基底,其制備工藝就顯得尤為重要。SP光刻技術(shù)由于其能突破傳統(tǒng)衍射極限,并且具有高分辨率以及無須引入復(fù)雜光刻鏡頭等優(yōu)勢成為研究熱點(diǎn)。本論文主要使用SP光刻技術(shù)中的成像光刻技術(shù)制備大面積(100mm~2)均勻且低成本的納米顆粒陣列結(jié)構(gòu),并研究結(jié)構(gòu)基底的SERS性能,包括基底均勻性、檢測靈敏性和穩(wěn)定性。具體研究內(nèi)容如下:1.基于SP成像光刻技術(shù)和離子束刻蝕(IBE)工藝,制備大面積均勻的單層菱形銀納米顆粒(SD-Ag NPs)陣列結(jié)構(gòu),將其作為SERS基底應(yīng)用于SERS檢測。在實(shí)驗(yàn)中,對(duì)SP成像光刻的成像結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化,調(diào)節(jié)工藝參數(shù)制備出不同間距的SD-Ag NPs陣列結(jié)構(gòu)基底。使用R6G作為探針分子測得該基底拉曼增強(qiáng)因子高達(dá)10~7,且在大面積內(nèi)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)方差(RSD)值低于14%(49μm~2面積內(nèi)RSD值低于10%),說明使用SP成像光刻技術(shù)制備的SERS基底具備大面積、高均勻性和高靈敏度的優(yōu)勢。利用CST仿真軟件計(jì)算了不同間距SD-Ag NPs陣列結(jié)構(gòu)的電磁場分布情況,結(jié)果顯示菱形間距越小,電磁場增強(qiáng)越大,與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。2.為了得到更低成本以及高均勻性、高靈敏度和高穩(wěn)定性的SERS基底,將SP成像光刻技術(shù)與真空熱蒸發(fā)鍍膜工藝結(jié)合,在反射Ag層上制備大面積均勻的多層菱形PR/Ag/Au納米顆粒(MD-PR/Ag/Au NPs)陣列結(jié)構(gòu)SERS基底。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,該基底的拉曼增強(qiáng)因子高于SD-Ag NPs陣列結(jié)構(gòu)基底(EF10~7),且在大面積內(nèi)具有良好的均勻性(RSD15%),說明使用SP成像光刻技術(shù)和真空熱蒸發(fā)鍍膜工藝制備的SERS基底不僅有效面積大、成本低、操作簡單,而且還具備良好的均勻性和檢測靈敏度。另外,對(duì)比SD-Ag NPs陣列結(jié)構(gòu)基底和MD-PR/Ag/Au NPs陣列結(jié)構(gòu)基底的穩(wěn)定性發(fā)現(xiàn),在Ag膜表面增加一層Au能極好提高基底的穩(wěn)定性。
【圖文】：

SERS 增強(qiáng)機(jī)理ERS 增強(qiáng)機(jī)理主要包含電磁（electromagnetic，簡稱 EM）增強(qiáng)和化學(xué)（chCM）增強(qiáng)兩部分，兩者在 SERS 基底上是共同作用的。其中，，EM 增強(qiáng)占對(duì) SERS 效應(yīng)的貢獻(xiàn)具有數(shù)量級(jí)優(yōu)勢[4]。）EM 增強(qiáng)機(jī)理 EM 增強(qiáng)機(jī)理中，表面等離子體共振（surface plasmon resonance，簡稱具說服力。外界電磁波和金屬表面中的傳導(dǎo)電子相互作用，會(huì)在金屬與產(chǎn)生電子集群振蕩，即表面等離子體（surface plasmons，簡稱 SPs）振果金屬表面?zhèn)鲗?dǎo)電子的振蕩頻率與電磁波的頻率一致，就會(huì)發(fā)生 SPR[22PR 的產(chǎn)生條件有兩種：其一是表面等離子激元（surface plasmon polar），它是金屬表面?zhèn)鞑ル娮拥募w振動(dòng)波，傳播原理如圖 1.1（a）所示；面等離子體基元（local surface plasmon resonance，簡稱 LSPR）。當(dāng)金寸遠(yuǎn)小于入射光波長時(shí)，在外加場的作用下，局域在納米顆粒表面的 SPR[7]，其振動(dòng)原理如圖 1.1（b）所示。

）電化學(xué)還原法Fleischmann采用電化學(xué)還原法首次在粗糙的 Ag 電極表面觀察到 SERS 現(xiàn)一段時(shí)間內(nèi)電化學(xué)還原法應(yīng)用十分廣泛。該方法通過將金屬電極氧化成再被還原成金屬單質(zhì)，使得被還原的金屬單質(zhì)吸附在電極表面，從而實(shí)糙化。除了 Ag 電極以外，該技術(shù)還能氧化還原 Au 和 Cu 電極。這種 S方法簡單、易操作、對(duì)實(shí)驗(yàn)要求不高且穩(wěn)定性好。但是使用該技術(shù)制備在分布不均勻、重復(fù)性差等問題。）化學(xué)還原法學(xué)還原法是在金屬鹽中加入穩(wěn)定劑，兩者發(fā)生化學(xué)反應(yīng)后生成金屬納米穩(wěn)定劑可以控制顆粒的長大，同時(shí)控制顆粒的形狀[33]。在化學(xué)還原法中應(yīng)用范圍最廣。使用化學(xué)合成法可以制備包括納米線、納米星、納米四方體等金屬顆粒形狀，如圖 1.2 所示[34]。化學(xué)合成法具有成本低、效率簡單、顆粒形貌易控的優(yōu)勢。但同時(shí)也存在很大的不足，如基底均勻性序、信號(hào)重現(xiàn)性較差以及制備過程中不可控因素較多等。
【學(xué)位授予單位】：四川師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：O43

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 顧海昕;張永豐;;SERS技術(shù)在火災(zāi)物證鑒定中的應(yīng)用與展望[J];消防科學(xué)與技術(shù);2018年11期

2 吳虹標(biāo);;氧化作用對(duì)于貴金屬SERS性能的影響研究[J];科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新;2019年11期

3 Dan Song;Rong Yang;Feng Long;Anna Zhu;;Applications of magnetic nanoparticles in surface-enhanced Raman scattering(SERS)detection of environmental pollutants[J];Journal of Environmental Sciences;2019年06期

4 Shengkai Li;Jiamei Xu;Shen Wang;Xin Xia;Long Chen;Zhuo Chen;;Versatile metal graphitic nanocapsules for SERS bioanalysis[J];Chinese Chemical Letters;2019年09期

5 Mingwang Li;Yuanyuan Qiu;Chenchen Fan;Kai Cui;Yongming Zhang;Zeyu Xiao;;Design of SERS nanoprobes for Raman imaging:materials, critical factors and architectures[J];Acta Pharmaceutica Sinica B;2018年03期

6 陳華祥;尤汀汀;徐更;高宇坤;張晨萌;楊楠;殷鵬剛;;濕度響應(yīng)納米復(fù)合材料的組裝及其SERS傳感器應(yīng)用（英文）[J];Science China Materials;2018年09期

7 孟娟;楊良保;張莉;唐祥虎;;基于SERS技術(shù)快速實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場毒品檢測[J];光散射學(xué)報(bào);2016年04期

8 趙苗苗;劉文耀;杜建功;郭旭東;王磊;夏美晶;唐軍;;Multidimensional Co_3O_4 nano sponge for the highly sensitive SERS applications[J];Optoelectronics Letters;2017年01期

9 宋薇;劉卓;齊寶玲;郭月;王麗麗;王海;何成彥;趙冰;;半導(dǎo)體納米粒子SERS基底對(duì)大腸桿菌的無損檢測研究[J];光譜學(xué)與光譜分析;2017年05期

10 趙進(jìn)輝;李耀;袁海超;劉木華;;鴨肉中環(huán)丙沙星殘留的表面增強(qiáng)拉曼光譜測定[J];分析測試學(xué)報(bào);2017年05期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 劉國坤;謝麗芳;盧江龍;周志明;鄒義松;王昕;任斌;田中群;;SERS快檢中的基礎(chǔ)科學(xué)問題初探[A];第二十屆全國光散射學(xué)術(shù)會(huì)議（CNCLS 20）論文摘要集[C];2019年

2 李盼;葛美紅;楊良保;;表面增強(qiáng)拉曼光譜(SERS)高靈敏檢測復(fù)雜體系中的小分子[A];第二十屆全國光散射學(xué)術(shù)會(huì)議（CNCLS 20）論文摘要集[C];2019年

3 張東杰;郝銳;時(shí)明月;方吉祥;;基于輕質(zhì)微球策略的超靈敏SERS檢測[A];第二十屆全國光散射學(xué)術(shù)會(huì)議（CNCLS 20）論文摘要集[C];2019年

4 劉蕊華;王哲哲;林林;馮卓宏;鄭志強(qiáng);;SERS微陣列的制備及其等離子增強(qiáng)性能研究[A];第二十屆全國光散射學(xué)術(shù)會(huì)議（CNCLS 20）論文摘要集[C];2019年

5 朱利;陸輝;崔一平;;構(gòu)筑有效熱點(diǎn)實(shí)現(xiàn)高靈敏SERS檢測[A];第二十屆全國光散射學(xué)術(shù)會(huì)議（CNCLS 20）論文摘要集[C];2019年

6 Chang Chen;;Semiconductor technologies based Raman and SERS[A];第二十屆全國光散射學(xué)術(shù)會(huì)議（CNCLS 20）論文摘要集[C];2019年

7 楊勇;楊莉莉;彭宇思;單玉鳳;黃政仁;;新型半導(dǎo)體SERS材料[A];第二十屆全國光散射學(xué)術(shù)會(huì)議（CNCLS 20）論文摘要集[C];2019年

8 顧海昕;薛林;張永豐;;納米金復(fù)合微球SERS基底的制備及其在火災(zāi)物證鑒定中的應(yīng)用研究[A];2016中國消防協(xié)會(huì)科學(xué)技術(shù)年會(huì)論文集[C];2016年

9 劉凡新;詹鵬;吳蔚;王振林;;Gap Plasmons Spilling-out for Single-Molecule SERS[A];第十九屆全國光散射學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集[C];2017年

10 Shuai Yue;Xiao-Ting Sun;Ning Wang;Ya-Ning Wang;Yue Wang;Ming-Li Chen;Jian-hua Wang;Zhang-Run Xu;;A SERS-Fluorescence Dual-Mode p H Sensing Method Based on Janus Microparticles[A];第十九屆全國光散射學(xué)術(shù)會(huì)議摘要集[C];2017年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前3條

1 本報(bào)記者 孫萌萌;“科學(xué)的光環(huán)無法刻意‘打造’”[N];人民政協(xié)報(bào);2017年

2 記者 劉肖勇;半導(dǎo)體表面增強(qiáng)拉曼散射基底研究取得進(jìn)展[N];廣東科技報(bào);2019年

3 記者 吳吉 通訊員 段文迪 孫銘澤;哈工大(深圳)本科生論文上頂級(jí)期刊[N];深圳商報(bào);2019年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 崇漢寶;不同尺寸的金納米顆粒的催化和SERS應(yīng)用[D];安徽大學(xué);2019年

2 潘廷跳;基于光譜和成像技術(shù)的香梨黑斑病發(fā)病過程監(jiān)測與快速檢測方法研究[D];華南理工大學(xué);2019年

3 張景然;面向SERS基底微結(jié)構(gòu)的針尖壓痕疊加加工技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

4 劉雨平;基于SERS檢定水果表面農(nóng)藥殘留水平的關(guān)鍵技術(shù)研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

5 張陳濤;激光制備石墨烯/銀復(fù)合結(jié)構(gòu)SERS器件及應(yīng)用研究[D];廈門大學(xué);2017年

6 鄒玉秀;石墨納米囊在SERS定量分析和生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用[D];湖南大學(xué);2018年

7 郭紅燕;多功能磁性/貴金屬復(fù)合SERS基底的制備及應(yīng)用研究[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2018年

8 楊琳;典型癌癥標(biāo)志物的SERS免疫分析及光熱免疫分析新方法[D];西南大學(xué);2018年

9 王俊峰;金/銀殼磁珠及其復(fù)合基底的可控制備與SERS檢測關(guān)鍵技術(shù)研究[D];國防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

10 伍磊;基于表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）的多元蛋白檢測芯片技術(shù)基礎(chǔ)研究[D];東南大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 Ogugua Paul Chinonso;貴金屬納米顆粒表面增強(qiáng)拉曼散射的時(shí)域有限差分模擬[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

2 許瑤P^;基于SERS技術(shù)檢測畜禽肉中三種抗生素殘留物的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

3 劉宇環(huán);磁性SERS探針馬達(dá)的制備和胞內(nèi)傳感研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

4 劉洋;結(jié)合信號(hào)放大技術(shù)的病毒基因SERS傳感器的構(gòu)建及應(yīng)用研究[D];南京郵電大學(xué);2019年

5 陳薪璇;應(yīng)用SERS技術(shù)檢測三種精神類麻醉藥品的研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

6 李放;腫瘤細(xì)胞微環(huán)境SERS納米溫度計(jì)構(gòu)建及其性能研究[D];南京郵電大學(xué);2019年

7 夏靜;基于SERS光譜的茶湯中兒茶素的檢測研究[D];華中農(nóng)業(yè)大學(xué);2019年

8 王倩;基于SP成像光刻技術(shù)的大面積均勻和高靈敏納米結(jié)構(gòu)SERS基底的制備與性能研究[D];四川師范大學(xué);2019年

9 遠(yuǎn)雁;等離子體注入改性MOFs材料實(shí)驗(yàn)研究及其在SERS檢測及催化中的應(yīng)用研究[D];北京交通大學(xué);2019年

10 安冉;松茸、花粉、孢子的二維相關(guān)紅外光譜與SERS研究[D];云南師范大學(xué);2019年

本文編號(hào)：2618798