一种基于一维纳米材料的探测方法技术

本发明专利技术提供了一种基于一维纳米材料的探测方法，用于探测微纳结构中等离基元的局域电场强度，涉及纳米光学技术领域，其中，探测方法包括：制备微纳结构和一维纳米材料，并使微纳结构和一维纳米材料进行复合；采集微纳结构中一维纳米材料的不同偏振方向的表面增强拉曼光谱，以得到一维纳米材料特征峰的表面增强拉曼光谱强度的偏振依赖关系；根据偏振依赖关系且根据一维纳米材料与微纳结构的位置关系得到局域拉曼增强因子，以得到局域等离基元电场强度。本发明专利技术解决了现有技术中的探测局域电场密度的分辨率比较低的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于一维纳米材料的探测方法
本专利技术涉及纳米光学
，特别涉及一种基于一维纳米材料的探测方法。
技术介绍
局域表面等离基元最重要的一个特点就是它能把光束缚在一个很小的空间的同时产生很大的电磁场增强效应，利用其局域效应，光与物质的相互作用也可以极大地增强，因此探测金属微纳结构中局域的电场强度对于研究局域表面等离基元具有重要的意义，研究人员通常采用理论模拟的方法来计算出金属微纳结构中局域的电场强度，尽管理论计算结构能与实验结果较好地符合，但还是不能把所有的因素都考虑周全，实现对具体金属微纳结构中局域电场强度的准确表征。局域表面等离基元共振最为典型的应用就是表面增强拉曼光谱。拉曼光谱仪中激光光斑的尺寸通常在微米量级，而局域表面等离基元可以将光场局域在几个纳米乃至更小的尺度，这使得高分辨探测局域电场密度变得比较困难。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于一维纳米材料的探测方法，以解决现有技术中的探测局域电场密度的分辨率比较低的问题。特别地，本专利技术提供一种基于一维纳米材料的探测方法，用于探测微纳结构中等离基元的局域电场强度，其中，所述探测方法包括：制备微纳结构和一维纳米材料，并使所述微纳结构和所述一维纳米材料进行复合；采集所述微纳结构中一维纳米材料的不同偏振方向的表面增强拉曼光谱，以得到所述一维纳米材料特征峰的表面增强拉曼光谱强度的偏振依赖关系；根据所述偏振依赖关系且根据所述一维纳米材料与所述微纳结构的位置关系得到局域拉曼增强因子，以得到局域等离基元电场强度。进一步地，制备微纳结构和一维纳米材料，并使所述微纳结构和所述一维纳米材料进行复合的操作，包括：在衬底上制备所述一维纳米材料，以对所述一维纳米材料进行形貌表征和拉曼光谱表征；在所述一维纳米材料上制备所述微纳结构，以使所述微纳结构与所述一维纳米材料按一定位置关系放置。进一步地，制备微纳结构和一维纳米材料，并使所述微纳结构和所述一维纳米材料进行复合的操作，包括：制备所述微纳结构；制备所述一维纳米材料；将所述一维纳米材料转移至所述微纳结构上，以使所述微纳结构与所述一维纳米材料按一定位置关系放置。进一步地，所述一维纳米材料为超长的单壁碳纳米管，其具有长径，且其直径为0.5-3nm。进一步地，所述一维纳米材料的拉曼特征峰与所述微纳结构复合部分的拉曼散射偏振度η＝(I1-I2)/(I1+I2)，其中，I1和I2分别为平行于所述一维纳米材料轴向的本征拉曼特征峰强度和垂直于所述一维纳米材料轴向的本征拉曼特征峰强度。进一步地，所述一维纳米材料配置成具有各向异性的拉曼散射性质；其中，所述各向异性为沿平行于所述一维纳米材料轴向的本征拉曼散射性质不同于垂直于所述一维纳米材料轴向的本征拉曼散射性质。其中，所述一维纳米材料具有高的各向异性比。进一步地，所述偏振依赖关系为：其中，Ai和分别为激发光照射范围内第i个偏振各向异性的拉曼热点的拉曼贡献强度与偏振角度，Bj为激发光照射范围内第j个偏振各向同性的拉曼热点的拉曼贡献强度，C和ф分别为激发光照射范围内未被增强的拉曼强度及轴向角度。进一步地，所述一维纳米材料与所述微纳结构复合部分的拉曼散射偏振度η为范围在0.9-1之间的任一值。进一步地，所述一维纳米材料的拉曼散射偏振度应大于0.95，以获得较高的探测分辨率。进一步地，所述一维纳米材料为能够利用拉曼光谱进行表征的非金属一维纳米材料。进一步地，所述一维纳米材料包括但不限于碳纳米管和/或氧化锌纳米线。进一步地，所述一维纳米材料为性质均一且准直的一维纳米材料。进一步地，所述一维纳米材料的径向尺寸小于20nm。进一步地，所述一维纳米材料的径向尺寸小于10nm。进一步地，所述一维纳米材料的径向尺寸小于5nm。进一步地，所述一维纳米材料的径向尺寸小于2nm。进一步地，所述一维纳米材料的径向尺寸小于1nm。进一步地，所述一维纳米材料具有较高的长径比。进一步地，所述一维纳米材料的长径比大于1。进一步地，所述一维纳米材料的长径比大于5。进一步地，所述一维纳米材料的长径比大于100。进一步地，所述一维纳米材料的长径比大于1000。进一步地，所述一维纳米材料的长径比大于5000。进一步地，所述一维纳米材料的长径比大于10000。进一步地，所述一维纳米材料为超长单壁碳纳米管；或所述一维纳米材料为超长且准直的单根碳纳米管；或所述一维纳米材料为性质均一且准直的碳纳米管管束；或所述一维纳米材料为性质均一的准直单根单壁碳纳米管；或所述一维纳米材料为性质均一的准直的单壁碳纳米管管束；或所述一维纳米材料为超长的性质均一的高度准直的单根单一结构单壁碳纳米管。进一步地，所述微纳结构配置成能与光相互作用形成表面等离基元共振。进一步地，所述微纳结构的材料包括金属材料。所述微纳结构材料不限，一般为金属材料。所述微纳结构中的金属材料，成分不限。可选地，为金属单质、合金、异质结构，包括但不限于贵金属，可以是非贵金属材料。进一步地，所述微纳结构指结构尺寸为微米尺度、纳米尺度、亚纳米尺度，包括微米尺度、纳米尺度、亚纳米尺度的颗粒以及空隙，微米纳米尺度混合的颗粒以及空隙，单分子或者单原子形成的颗粒以及空隙，或者由大于微米尺度的宏观尺寸形成的纳米尺度、亚纳米尺度的空隙。本专利技术的有益效果为：首先，通过探测微纳结构中的一维纳米材料的不同偏振方向的表面增强拉曼光谱，得到一维纳米材料特征峰的表面增强拉曼光谱强度的偏振依赖关系，然后根据偏振依赖关系及一维纳米材料与微纳结构的位置关系，分析出局域拉曼增强因子，从而可以推算出局域等离基元电场强度。如此，由于通过本专利技术的探测方法可以推算出热点中心的增强因子与热点边缘的增强因子的比值(一维纳米材料特征峰的表面增强拉曼光谱强度的偏振依赖关系)以及两点之间的距离(一维纳米材料与微纳结构的位置关系)，从而可以实现局域电场强度的高分辨探测。即根据两点处增强因子的比值和两点之间的距离使微纳结构中局域等离基元电场强度的分辨率提高。因此，可以解决现有技术中难以获得高分辨探测局域电场密度的问题。并且，由于一维纳米材料一般具有极大长径的单壁碳纳米管，其长径比造成光学响应表现出极强的各向异性，而单壁碳纳米管的直径向尺寸设置小于20nm，如此，可以使得单壁碳纳米管很适宜用于充当微纳结构的检验部件，以对局域的光场性质即局域等离基元电场强度进行探测，从而可以获得极高的横向分辨率。附图说明图1是根据本专利技术一个实施例的一种基于一维纳米材料的探测方法的示意流程图；图2是根据本专利技术另一个实施例的一种基于一维纳米材料的探测方法的示意流程图；图3是根据本专利技术第三个实施例的一种基于一维纳米材料的探测方法的示意流程图；图4是根据本专利技术一个实施例的一种基于一维纳米材料的探测方法中金纳米颗粒六角密堆图案与超长单壁碳纳米管的示意性复合SEM图；图5是图4中单壁碳纳米管/金纳米颗粒图案的示意性复合结构图；图6是图4或图5中复合前(a,b)及复合后(c,d)单根准直单壁碳纳米管的G模强度与角度的示意性关系曲线图；图7是根据本专利技术一个实施例的银纳米金字塔的示意性SEM图；图8是根据本专利技术一个实施例的金纳米颗粒图案的示意性SEM图。具体实施方式金属结构可以与光发生强烈的相互作用，这一现象称之为表面等离子体共振，表面等离基元是金属自由电子集体振荡与电磁本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于一维纳米材料的探测方法，用于探测微纳结构中等离基元的局域电场强度，其中，所述探测方法包括：制备微纳结构和一维纳米材料，并使所述微纳结构和所述一维纳米材料进行复合；采集所述微纳结构中一维纳米材料的不同偏振方向的表面增强拉曼光谱，以得到所述一维纳米材料特征峰的表面增强拉曼光谱强度的偏振依赖关系；根据所述偏振依赖关系且根据所述一维纳米材料与所述微纳结构的位置关系得到局域拉曼增强因子，以得到局域等离基元电场强度。

【技术特征摘要】
2017.04.17 CN 20171024973091.一种基于一维纳米材料的探测方法，用于探测微纳结构中等离基元的局域电场强度，其中，所述探测方法包括：制备微纳结构和一维纳米材料，并使所述微纳结构和所述一维纳米材料进行复合；采集所述微纳结构中一维纳米材料的不同偏振方向的表面增强拉曼光谱，以得到所述一维纳米材料特征峰的表面增强拉曼光谱强度的偏振依赖关系；根据所述偏振依赖关系且根据所述一维纳米材料与所述微纳结构的位置关系得到局域拉曼增强因子，以得到局域等离基元电场强度。2.根据权利要求1所述的探测方法，其中，制备微纳结构和一维纳米材料，并使所述微纳结构和所述一维纳米材料进行复合的操作，包括：在衬底上制备所述一维纳米材料，以对所述一维纳米材料进行形貌表征和拉曼光谱表征；在所述一维纳米材料上制备所述微纳结构，以使所述微纳结构与所述一维纳米材料按一定位置关系放置。3.根据权利要求1所述的探测方法，其中，制备微纳结构和一维纳米材料，并使所述微纳结构和所述一维纳米材料进行复合的操作，包括：制备所述微纳结构；制备所述一维纳米材料；将所述一维纳米材料转移至所述微纳结构上按一定位置关系放置，以使所述微纳结构与所述一维纳米材料进行复合。4.根据权利要求1所述的探测方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨丰，周维亚，王艳春，解思深，
申请(专利权)人：中国科学院物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11