【摘要】：針尖增強(qiáng)拉曼光譜(Tip-enhanced Raman Spectroscopy,TERS)巧妙地結(jié)合了掃描探針顯微鏡(Scanning Probe Microscope,SPM)和表面增強(qiáng)拉曼光譜(Surface-enhanced Raman Spectroscopy,SERS),通過極尖銳的探針將包含樣品表面精細(xì)結(jié)構(gòu)信息的近場信號散射到遠(yuǎn)場接收,并利用在針尖附近形成的極大的局域電磁場增強(qiáng),獲得了突破衍射極限的高空間分辨率和高檢測靈敏度的光譜信號;通過逐點(diǎn)掃描實(shí)現(xiàn)了表征物體表面形狀特點(diǎn)的形貌圖與表征分子結(jié)構(gòu)信息的拉曼光譜圖在空間上的對應(yīng)指認(rèn)。TERS技術(shù)的這些優(yōu)點(diǎn)使其在生物檢測、納米材料和表面科學(xué)等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注并表現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿�。然而目前大多�?shù)商用TERS儀器和實(shí)驗(yàn)室自制的TERS測試系統(tǒng)存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、協(xié)調(diào)性差、光效率低、穩(wěn)定性不足、體積龐大及成本高等缺點(diǎn),限制了 TERS技術(shù)的廣泛應(yīng)用。因此,研制一種高靈敏度、高空間分辨率和高度協(xié)調(diào)的小型一體式的TERS儀器具有重要的研究意義和廣闊的應(yīng)用前景。本文從發(fā)展儀器的角度出發(fā),設(shè)計(jì)了一套針對小型一體式TERS儀器的光學(xué)系統(tǒng)。主要的創(chuàng)新工作在于TERS儀器光學(xué)系統(tǒng)的集成化和小型化,通過采取一系列行之有效的措施解決在小型化過程中面臨的檢測靈敏度及光譜分辨率下降的問題。通過精簡光學(xué)元件、縮短光路、將激發(fā)與收集光路和拉曼光譜儀光路直接耦合提高光學(xué)系統(tǒng)的光通量;通過改進(jìn)拉曼光譜儀結(jié)構(gòu),優(yōu)化各部分光路布局使整個光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊合理;通過引入白光照明與顯微成像光路使激光焦點(diǎn)、白光照明點(diǎn)以及信號收集點(diǎn)三者嚴(yán)格共焦,實(shí)現(xiàn)激光焦點(diǎn)、針尖與樣品的精確耦合;通過改良實(shí)驗(yàn)方法減少遠(yuǎn)場背景噪聲,提高TERS儀器的信噪比。該光學(xué)設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,有利于現(xiàn)場實(shí)時(shí)分析,并且具有較高的檢測靈敏度和光譜分辨率。光學(xué)系統(tǒng)與商用STM針尖掃描頭構(gòu)成側(cè)向激發(fā)與收集模式TERS測試系統(tǒng),測得了 4-PBT(4'-(pyridine-4-yl)-bipheny l-4-yl)methanethiol)分子的TERS信號。下一步,該光學(xué)系統(tǒng)將與自行研制的專用STM掃描頭和協(xié)同控制電路組成一臺小型一體式的TERS儀器,從而推動TERS技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：廈門大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TH74
【圖文】：

■邐澛ａ邋秤口口逡逑圖１－３側(cè)向照明方式示意圖逡逑掃描隧道顯微鏡（ＳＴＭ）由Ｂｉｎｉｎｇ等人于１９８１年發(fā)明，它使人類第一次能夠逡逑實(shí)時(shí)地觀察單個原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)。ＳＴＭ利用隧道電流與針尖－樣品間逡逑距成指數(shù)關(guān)系的原理來獲得樣品表面的形貌圖，ＳＴＭ有兩種工作方式：一種是逡逑恒電流模式，在進(jìn)行樣品掃描時(shí)，針尖隨著樣品表面的起伏上下移動，使針尖與逡逑樣品之間的距離始終保持不變，即隧道電流恒定，通過探測針尖高度的變化便可逡逑以獲得樣品表面的形貌圖；另一種是恒高模式，在進(jìn)行樣品掃描時(shí)針尖的高度始逡逑７逡逑

ｗ逡逑ＶｌV激發(fā)光逡逑Ａ邋＾散射光＾邋ａ邋樣品逡逑圖１－２近場照射遠(yuǎn)場收集方式示意圖逡逑無孔金屬探針逡逑激發(fā)光逡逑顯微物１逡逑Ｗ邋＼逡逑ｆ逡逑？：湊逡逑散射光逡逑邐■邐澛ａ邋秤口口逡逑圖１－３側(cè)向照明方式示意圖逡逑掃描隧道顯微鏡（ＳＴＭ）由Ｂｉｎｉｎｇ等人于１９８１年發(fā)明，它使人類第一次能夠逡逑實(shí)時(shí)地觀察單個原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)。ＳＴＭ利用隧道電流與針尖－樣品間逡逑距成指數(shù)關(guān)系的原理來獲得樣品表面的形貌圖，ＳＴＭ有兩種工作方式：一種是逡逑恒電流模式，在進(jìn)行樣品掃描時(shí)，針尖隨著樣品表面的起伏上下移動，使針尖與逡逑樣品之間的距離始終保持不變，即隧道電流恒定，通過探測針尖高度的變化便可逡逑以獲得樣品表面的形貌圖；另一種是恒高模式，在進(jìn)行樣品掃描時(shí)針尖的高度始逡逑７逡逑

效應(yīng)、避雷針效應(yīng)以及基底鏡像效應(yīng)［５９，６（）］。ＴＥＲＳ測量過程中，尖銳針尖被精確逡逑地控制在距樣品表面ｌｎｍ附近區(qū)域，入射激光以恰當(dāng)?shù)钠駹顟B(tài)和入射角度聚逡逑焦在針尖與樣品之間（如圖１－４所示），此時(shí)針尖可以視作一個具有極高功率密度逡逑的局域納米光源，使針尖正下方納米尺度空間內(nèi)樣品的拉曼信號得到極大地增強(qiáng)，逡逑并將該增強(qiáng)的拉曼信號散射到遠(yuǎn)場由顯微物鏡收集和光譜儀探測。ＴＥＲＳ在采譜逡逑的同時(shí)通過移動針尖或樣品獲得樣品的表面形貌圖，使表征物質(zhì)結(jié)構(gòu)分布的拉曼逡逑光譜成像與顯示表面高低起伏的形貌像在空間上實(shí)現(xiàn)對應(yīng)指認(rèn)［５２，５８］，從而實(shí)現(xiàn)逡逑８逡逑Ｉ逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2806969