一种表面增强拉曼基底及其制备方法技术

技术编号:20837181 阅读:39 留言:0更新日期:2019-04-13 08:15
本发明专利技术公开了一种表面增强拉曼基底及其制备方法。所述表面增强拉曼基底包括含有纳米孔的第一金属纳米膜以及沉积在其表面的第二金属纳米膜。所述制备方法包括(1)在衬底上沉积第一金属纳米膜,所述第一金属纳米膜的厚度在25nm以下;(2)在步骤(1)所述第一金属纳米膜上激光直写获得含有纳米孔的第一金属纳米膜;(3)在步骤(2)所述含有纳米孔的第一金属纳米膜上沉积第二金属,得到所述表面增强拉曼基底。本发明专利技术提供的表面增强拉曼基底的灵敏度极高,对其进行R6g分子灵敏度分析,检测极限可达10

【技术实现步骤摘要】
一种表面增强拉曼基底及其制备方法
本专利技术属于表面增强拉曼基底加工
,涉及一种表面增强拉曼基底及其制备方法。
技术介绍
表面增强拉曼(SERS)基底在单分子识别与检测领域有巨大的应用前景,检测物涵盖了农药、有毒气体、爆炸物、毒品及致病生物分子等。SERS基底的制备方法一般是在贵金属表面制备纳米狭缝、纳米孔等结构。可实用化的高质量SERS基底(芯片)要求高灵敏度、高一致性、低成本的,对目前的加工方法提出了挑战。例如,自上而下的光刻技术(如EBL和FIB),存在大面积加工耗时长、成本高的问题;化学组装纳米晶制备的SERS的一致性较差;喷墨打印技术,则存在纳米结构团聚和精细控制能力不足的困难。CN101716839A公开了一种表面增强拉曼用大面积金属纳米结构衬底及其制备方法,该表面增强拉曼用大面积金属纳米结构衬底由不同相合金材料组成的纳米级结构衬底和沉积在衬底上的纳米级厚度的金属材料组成。该方法的制备方法为以不同相组成的合金材料为原始模板,采用选择性等离子刻蚀法,刻蚀出纳米结构的衬底,然后采用离子束溅射的方法,在纳米结构的衬底上沉积纳米厚度的金属材料。但是该方法耗时长,成本高,不适宜批量化生产。CN107322005A公开了一种基于纳米银颗粒的表面增强拉曼散射衬底制备方法,该方案利用银镜反应中醛基还原银离子的原理,在室温下将微量的银氨络合物溶液加入一定浓度含醛基的化合物溶液中,使银离子充分反应被还原成银单质,并生成纳米银颗粒。接着,将合成的纳米银颗粒溶液直接滴于玻璃片或者其他载体上(如硅片、有机聚合物薄膜)上,待溶液完全蒸干后,由于过量葡萄糖的存在,有效的抑制了液滴蒸干后的咖啡环效应,并为保护层防止纳米银颗粒被氧化,从而得到稳定性良好的表面拉增强活性衬底。但是该方法存在产品一致性差,反应流程长的问题。CN108375567A公开了一种表面增强拉曼衬底及其制备方法。所述拉曼衬底包括纳米网状结构和位于所述纳米网状结构上的纳米球状结构形成的复合结构,以及位于复合结构表面的金属颗粒。所述拉曼衬底的制备方法包括以下步骤:(1)将正性电子束抗蚀剂和负性电子束抗蚀剂混合,得到混合电子束抗蚀剂,将所述混合电子束抗蚀剂涂覆在基底上,得到涂覆后的基底;(2)在涂覆后的基底上形成纳米阵列图案,显影得到纳米结构,在所述纳米结构上沉积金属,得到所述拉曼衬底。但是该方法存在着耗时长,成本高的问题。CN107643278A公开了一种表面增强拉曼衬底的制备方法,在衬底上,通过纳米压印的方法获得纳米柱状阵列结构;在纳米柱状阵列结构上沉积金属,获得金属纳米手指阵列结构;在金属纳米手指阵列结构上沉积1纳米的四面体碳膜;在四面体碳膜包覆的金属纳米手指阵列结构上滴入高纯乙醇溶液,在自然条件下挥发,形成金属纳米手指闭合阵列结构。但是该方法存在着耗时长,成本高,纳米结构精细控制能力不足的问题。使用激光束辐照贵金属纳米薄膜可以制备粗糙表面,可实现SERS功能,但是目前激光制备的SERS基底性能都还有待提高。CN105728945A公开了一种飞秒激光双脉冲一步法制备表面增强拉曼基底,该方案利用飞秒激光双脉冲,在不同延时下,直接在空气环境下加工金属基底,其中所述加工采用的金属为金、银、铜,无需其他辅助环境,从而得到表面附着金属纳米颗粒的表面增强拉曼基底。但是该方案存在的问题是激光热加工的分辨率还有待提高。因此,开发更加简单的激光制备纳米孔SERS基底的方法,使得到的纳米孔SERS基底灵敏度高、纳米孔尺寸小,是本领域的重要研究方向。
技术实现思路
针对现有技术中存在的上述不足,本专利技术的目的在于提供一种表面增强拉曼基底及其制备方法。本专利技术提供的表面增强拉曼基底具有灵敏度高、纳米孔尺寸小、制备方法简单的优点。为达此目的,本专利技术采用以下技术方案:第一方面,本专利技术提供一种表面增强拉曼基底,所述表面增强拉曼基底包括含有纳米孔的第一金属纳米膜以及沉积在所述含有纳米孔的第一金属纳米膜表面的第二金属纳米膜。本专利技术提供的表面增强拉曼基底中,第一金属纳米膜上的纳米孔是第二金属薄膜纳米结构的模板,而沉积在第一金属纳米膜表面的第二金属纳米膜起到了拉曼检测局域场增强的作用,通过两层金属膜相互配合,使得本专利技术提供的表面增强拉曼基底具有极高的灵敏度,对其进行R6g分子灵敏度分析,检测极限可达10-15mol/L。以下作为本专利技术优选的技术方案,但不作为对本专利技术提供的技术方案的限制,通过以下优选的技术方案,可以更好的达到和实现本专利技术的技术目的和有益效果。作为本专利技术优选的技术方案,所述含有纳米孔的第一金属纳米膜的厚度为10nm-25nm,例如10nm、12nm、15nm、17nm、20nm、22nm或25nm等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中,如果第一金属纳米膜的厚度过薄,会导致薄膜不连续,无法获得后续纳米结构;如果第一金属纳米膜的厚度过厚,会导致激光加工深度不够,无法产生纳米孔模板。优选地,所述含有纳米孔的第一金属纳米膜的厚度为15nm-20nm。该范围内可以使本专利技术提供的表面增强拉曼基底获得更好的性能。优选地,所述含有纳米孔的第一金属纳米膜的纳米孔的孔径为5nm-20nm,例如5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、17nm、18nm、19nm或20nm等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中,如果纳米孔的孔径过小,会导致第二金属薄膜连续填充,无法起到局域场增强作用;如果纳米孔的孔径过大,会导致孔结构容易坍塌。优选地,所述含有纳米孔的第一金属纳米膜中的第一金属为铟。作为本专利技术优选的技术方案,所述含有纳米孔的第一金属纳米膜由半球状第一金属微粒组成。优选地,所述半球状第一金属微粒的粒径为20nm-60nm,例如20nm、30nm、40nm、50nm或60nm等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。优选地,每个所述半球状第一金属微粒均含有纳米孔。作为本专利技术优选的技术方案,所述第二金属纳米膜包括银纳米膜、铝纳米膜、铜纳米膜或金纳米膜中的任意一种或至少两种的组合,典型但是非限制性的组合有银纳米膜和铝纳米膜的组合,铝纳米膜和铜纳米膜的组合,铜纳米膜和金纳米膜的组合等,优选为银纳米膜。优选地,所述第二金属和第一金属的种类不同。优选地,所述第二金属纳米膜的厚度为5nm-15nm,例如5nm、6nm、7nm、8nm、9nm、10nm、11nm、12nm、13nm、14nm或15nm等,但并不仅限于所列举的数值,该数值范围内其他未列举的数值同样适用。本专利技术中,如果金属纳米膜的厚度过薄,会导致第二金属无法有效覆盖样品表面;如果金属纳米膜的厚度过厚,会导致形成过厚连续金属膜,失去局域场增强能力。优选地,所述第二金属纳米膜的厚度为10nm。作为本专利技术优选的技术方案,所述表面增强拉曼基底还包括衬底,所述含有纳米孔的第一金属纳米膜沉积在所述衬底的一面上。优选地,所述衬底为玻璃片和/或石英片。这里,所述玻璃片和/或石英片是指,可以为玻璃片,也可以为石英片,还可以为石英片和玻璃片的组合。本专利技术中,使用玻璃片和/或石英片作为衬底,会因为第一本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种表面增强拉曼基底,其特征在于,所述表面增强拉曼基底包括含有纳米孔的第一金属纳米膜以及沉积在所述含有纳米孔的第一金属纳米膜表面的第二金属纳米膜。

【技术特征摘要】
1.一种表面增强拉曼基底,其特征在于,所述表面增强拉曼基底包括含有纳米孔的第一金属纳米膜以及沉积在所述含有纳米孔的第一金属纳米膜表面的第二金属纳米膜。2.根据权利要求1所述的表面增强拉曼基底,其特征在于,所述含有纳米孔的第一金属纳米膜的厚度为10nm-25nm;优选地,所述含有纳米孔的第一金属纳米膜的厚度为15nm-20nm;优选地,所述含有纳米孔的第一金属纳米膜的纳米孔的孔径为5nm-20nm;优选地,所述含有纳米孔的第一金属纳米膜中的第一金属为铟。3.根据权利要求1或2所述的表面增强拉曼基底,其特征在于,所述含有纳米孔的第一金属纳米膜由半球状第一金属微粒组成;优选地,所述半球状第一金属微粒的粒径为20nm-60nm;优选地,每个所述半球状第一金属微粒均含有纳米孔。4.根据权利要求1-3任一项所述的表面增强拉曼基底,其特征在于,所述第二金属纳米膜包括银纳米膜、铝纳米膜、铜纳米膜或金纳米膜中的任意一种或至少两种的组合,优选为银纳米膜;优选地,所述第二金属和第一金属的种类不同;优选地,所述第二金属纳米膜的厚度为5nm-15nm;优选地,所述第二金属纳米膜的厚度为10nm。5.根据权利要求1-4任一项所述的表面增强拉曼基底,其特征在于,所述表面增强拉曼基底还包括衬底,所述含有纳米孔的第一金属纳米膜沉积在所述衬底的一面上;优选地,所述衬底为玻璃片和/或石英片。6.一种如权利要求1-5任一项所述表面增强拉曼基底的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括以下步骤:(1)在衬底上沉积第一金属,得到第一金属纳米膜,所述第一金属纳米膜的厚度在25nm以下;(2)在步骤(1)所述第一金属纳米膜上激光直写获得含有纳米孔的第一金属纳米膜;(3)在步骤(2)所述含有纳米孔的第一金属纳米膜上沉积第二金属,得到所述表面增强拉曼基底。7.根据权利要求6所述的制备方法,其特征在于,步骤(1)中,所述沉积的方法包括物理...

【专利技术属性】
技术研发人员:王晓丰王雷刘前
申请(专利权)人:国家纳米科学中心
类型:发明
国别省市:北京,11

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