一种SERS基底及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种SERS基底及其制备方法，涉及拉曼光谱技术领域。所述方法包括：S0，对衬底依次进行清洗和亲水性处理；S1，采用单分散的纳米小球、纳米晶或量子点，在所述衬底表面形成至少一层规则排布的自组装阵列结构；S2，在所述自组装阵列结构的顶部沉积金属活性层；S3，在所述金属活性层上覆盖碳基纳米材料层得到所述SERS基底。本发明专利技术在大面积规则排布的自组装阵列结构上沉积金属活性层，无需退火就可以形成周期性的金属纳米结构，接着覆盖碳基纳米材料层使得金属纳米结构与空气隔绝而避免或减缓其氧化过程，进而使得SERS基底不仅具有非常高的灵敏度，还能维持长久的活性。

SERS substrate and preparation method thereof

The invention provides a SERS substrate and a preparation method thereof, which relates to the field of Raman spectroscopy technology. The method comprises the following steps: S0, the substrate sequentially cleaning and hydrophilic treatment; S1, using monodisperse nanoparticles, nanocrystals or quantum dots, the formation of self-assembled array structure of at least one layer of regular arrangement on the surface of the substrate; S2, on the top of the metal deposition self-assembly active layer array structure; S3, covering carbon nano material layer on the metal layer on the active substrate of SERS. The present invention in large area with regular arrangement of self-assembled array structure of metal is deposited on the active layer, the metal nano structure without annealing can be formed periodically, then cover the carbon nano materials nano structure and metal layer to make the air isolation and avoid or slow down the oxidation process, which makes the SERS substrate not only has a very high sensitivity for a long time, can maintain the activity of.

【技术实现步骤摘要】
一种SERS基底及其制备方法
本专利技术涉及拉曼光谱
，更具体地，涉及一种SERS基底及其制备方法。
技术介绍
拉曼光谱技术是一种用来研究分子振动的光谱方法，借助光谱分析获得与分子振动相关的特征峰，从而获得有关探针分子的成分、结构等关键信息，因此是一种重要的检测分析技术。然而，传统拉曼光谱检测中，探针分子的拉曼信号强度太弱，极大地制约了拉曼检测技术的应用范围。1974年，Fleischmann等人首次在粗糙的金属银电极表面获得了极大增强的吡啶分子的拉曼散射信号(Fleischmannetal.Ramanspectraofpyridineadsorbedatasilverelectrode.ChemicalPhysicsLetters，1974，26(2)：163-166)。此后，表面增强拉曼散射(SERS)技术得以确立并迅速发展起来。表面增强拉曼(Surface-EnhancedRamanScattering，SERS)是通过金属纳米结构表面上或附近的探针分子与金属表面发生等离子共振(SurfacePlasmonResonance，SPR)相互作用从而引发拉曼散射增强，SERS产生的拉曼信号较普通拉曼散射会增强104-107倍。SERS的增强机理主要包括物理增强和化学增强，其中，物理增强是指金属表面激发出的局域表面等离激元(localizedSurfacePlasmonResonance，LSPR)产生强大电磁场来实现拉曼信号的增强；化学增强是指通过金属基底与吸附在其表面的待测分子发生化学作用或电荷转移而实现拉曼信号的增强。相对于其它光谱检测方法，SERS具备高灵敏度、高选择性和检测条件宽松三个明显优势，可广泛地应用于痕量分析、单分子检测、生物医学检测、表面吸附和催化反应等诸多领域。显而易见，制备高性能SERS基底是实现SERS检测的前提之一。早在1977年Jeanmarie等人就发现具有特定纳米结构的金属(如银、金、铜、铂、钯、钛等)可用于制备高性能SERS基底，其中，银的SERS特性最好。目前，自组装方法已被广泛地用于制备大面积均匀排布的周期性金属纳米结构及相应的SERS活性基底，通过提供高密度的SERS“热点”而实现高灵敏度的SERS检测。尽管如此，银、钛、铋、铜等金属的活性较强，在空气中暴露易被氧化，用这些金属制备金属纳米结构及相应的SERS基底的活性会随金属氧化而减弱甚至失效。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的SERS基底及其制备方法。一方面本专利技术实施例提供了一种SERS基底的制备方法，包括：S1，采用单分散的纳米小球、纳米晶或量子点，在衬底的表面形成至少一层规则排布的自组装阵列结构；S2，在所述自组装阵列结构的顶部沉积金属活性层；S3，在所述金属活性层上覆盖碳基纳米材料层，得到SERS基底；其中，在步骤S1之前还包括：S0，对衬底依次进行清洗和亲水性处理。其中，所述碳基纳米材料层为厚度为0.3-10nm的石墨烯材料层或厚度为1-10nm的碳包裹层。其中，所述石墨烯材料为石墨烯、氧化石墨烯(GO)、还原氧化石墨烯(rGO)和功能化石墨烯中的一种。其中，所述石墨烯材料层通过转移或成膜方式覆盖在所述金属活性层上。其中，所述碳包裹层通过热解法、化学气相沉积法、液相浸渍法或电弧放电法覆盖在所述金属活性层上。其中，在步骤S1中：采用直径为1-1000nm的单分散的纳米小球、纳米晶或量子点通过旋涂、滴涂、浸渍提拉、垂直提拉或液面提拉的方式在所述衬底表面形成至少一层规则排布的自组装阵列结构。其中，所述纳米小球、纳米晶或量子点的材料为聚苯乙烯(PS)、聚苯胺(PAn)、聚吡咯(PPy)、氧硅(SiOx)、二氧化钛(TiO2)、二氧化锡(SnO2)、三氧化二铝(Al2O3)、四氧化三铁(Fe3O4)、五氧化二钒(V2O5)、碳(C)、硅(Si)和II-VI族化合物半导体中的一种。其中，在步骤S2中：在所述自组装阵列结构上通过蒸发、溅射、离子镀、激光辅助沉积或化学镀的方式沉积厚度为1-300nm的金属活性层，形成金属纳米结构。另一方面本专利技术实施例提供了一种由上述方法制备的SERS基底，包括：衬底、规则排布在所述衬底表面的自组织阵列结构以及沉积在所述自组织阵列结构顶部的金属活性层，其特征在于，所述金属活性层上覆盖有碳基纳米材料层。本专利技术实施例提供的一种SERS基底及其制备方法，通过在周期性金属纳米结构上覆盖碳基纳米材料层，使得金属纳米结构与空气隔绝而避免或减缓其氧化过程，进而使得SERS基底不仅具有非常高的灵敏度，还能维持长久的活性。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种SERS基底的制备方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的一种SERS基底的制备方法的示意图；图3为本专利技术实施例所述实例中自组织阵列结构上沉积金属活性层前后的SEM图；图4为本专利技术实施例所述实例中氧化石墨烯层的拉曼光谱；图5为本专利技术实施例所述实例中利用SERS基底测得的低浓度罗丹明6G探针分子的拉曼光谱。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。图1为本专利技术实施例提供的一种SERS基底的制备方法的流程图，如图1所示，包括：S1，采用单分散的纳米小球、纳米晶或量子点，在所述衬底的表面形成至少一层规则排布的自组装阵列结构；S2，在所述自组装阵列结构的顶部沉积金属活性层；S3，在所述金属活性层上覆盖碳基纳米材料层，得到SERS基底。在步骤S1中，所述纳米小球、纳米晶或量子点的尺寸都在纳米量级范畴之内，在其上沉积金属活性层后对应形成金属纳米结构。所述纳米小球、纳米晶或量子点的材料为聚苯乙烯(PS)、聚苯胺(PAn)、聚吡咯(PPy)、氧硅(SiOx)、二氧化钛(TiO2)、二氧化锡(SnO2)、三氧化二铝(Al2O3)、四氧化三铁(Fe3O4)、五氧化二钒(V2O5)、碳(C)、硅(Si)和II-VI族化合物半导体中的一种。具体地，采用直径为1-1000nm的单分散的纳米小球、纳米晶或量子点通过旋涂、滴涂、浸渍提拉、垂直提拉或液面提拉的方式在衬底表面形成至少一层规则排布的自组装阵列结构。在步骤S2中，所述金属为银(Ag)、金(Au)、铜(Cu)、铂(Pt)、钯(Pd)、钛(Ti)和铋(Bi)中的一种，或多种构成的合金。其中，其中合金是通过同时沉积两种及两种以上金属获得的，也可以通过逐层沉积单一金属获得。具体地，在所述自组装阵列结构上通过蒸发、溅射、离子镀、激光辅助沉积或化学镀的方式沉积厚度为1-300nm的金属活性层，形成金属纳米结构。在具体实施时，所述金属活性层厚度需要根据所述纳米小球、纳米晶或量子点的直径以及SERS基底的拉曼增强效果进行选择。在步骤S3中，所述碳基纳米材料层为厚度为0.3-10nm的石墨烯材料层或厚度为1-10nm的碳包裹层。其中，所述石墨烯材料为石墨烯、氧化石墨烯(GO)、还原氧化石墨烯(rGO)和功能化石墨烯中的一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种SERS基底的制备方法，其特征在于，包括：S1，采用单分散的纳米小球、纳米晶或量子点，在衬底的表面形成至少一层规则排布的自组装阵列结构；S2，在所述自组装阵列结构的顶部沉积金属活性层；S3，在所述金属活性层上覆盖碳基纳米材料层，得到SERS基底。

【技术特征摘要】
1.一种SERS基底的制备方法，其特征在于，包括：S1，采用单分散的纳米小球、纳米晶或量子点，在衬底的表面形成至少一层规则排布的自组装阵列结构；S2，在所述自组装阵列结构的顶部沉积金属活性层；S3，在所述金属活性层上覆盖碳基纳米材料层，得到SERS基底。2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在步骤S1之前还包括：S0，对衬底依次进行清洗和亲水性处理。3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述碳基纳米材料层为厚度为0.3-10nm的石墨烯材料层或厚度为1-10nm的碳包裹层。4.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述石墨烯材料为石墨烯、氧化石墨烯(GO)、还原氧化石墨烯(rGO)和功能化石墨烯中的一种。5.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述石墨烯材料层通过转移或成膜方式覆盖在所述金属活性层上。6.根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述碳包裹层通过热解法、化学气相沉积法、液相浸渍法或电弧放电法覆盖在所述金属活性层上。7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，在步...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琦，候旭，毛国明，刘凯，任晓敏，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11