一种表面增强拉曼光谱基底、制造工艺及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种表面增强拉曼光谱基底、制造工艺及应用；表面增强拉曼光谱基底，包括目标基底层、阳极多孔氧化铝模板层和活性金属颗粒；该目标基底层上具有一个第一表面；阳极多孔氧化铝模板层，该阳极多孔氧化铝模板层形成于所述目标基底层的第一表面上；该活性金属颗粒非连续的分散于所述阳极多孔氧化铝模板层/和目标基底层的第一表面处。本技术的表面增强拉曼光谱基底包括有阳极多孔氧化铝模板层和非连续分布的活性金属颗粒，该阳极多孔氧化铝模板层由于存在无数的通孔，其改变了活性金属颗粒的分布位置，以此改变了活性金属颗粒周围的电场分布，使得接近活性金属颗粒表面的电场强度明显增强，最终实现拉曼光谱基底的拉曼强度。

【技术实现步骤摘要】
一种表面增强拉曼光谱基底、制造工艺及应用
本专利技术涉及拉曼光谱基底
，尤其是一种表面增强拉曼光谱基底、制造工艺及应用。
技术介绍
表面增强拉曼光谱(Surface-EnhancedRamansCattering，SERS)技术因其可以提供分子指纹信息，检测速度快，灵密度和准确度高，在食品安全、医疗检测、环境污染物检测等领域有着巨大的潜在应用价值。产品化SERS基底的性能要求是除了要具有高的表面增强因子之外，还应均匀性和重复性好、方便使用、成本低廉。近年来涌现了大量的采用不同方法制备的SERS基底，其中，使用金属直接蒸镀制备SERS基底，因其步骤简单、材料利用率高而得到广泛的研究也应用。超薄阳极氧化铝模板是一种孔径可达到100nm以下，厚度1000nm以下的多孔模板，它一般采用两步氧化法制备，孔排列具有短程高度有序，孔径均匀，成本低，面积大，易于产业化等优点，以超薄阳极氧化铝模板为掩模板，通过金属蒸镀，可以简单方便地在基底上获得排列规整、大小均匀、大面积(平方厘米级以上)的金属纳米颗粒阵列，作为SERS基底具有均匀性好、重复性高、成本低廉等优点。然后，迄今为止所报道的都是采用一层超薄阳极氧化铝模板在基底上制备金属纳米颗粒阵列，而且在金属沉积之后都是将作为掩模板的阳极氧化铝去除。这就产生了三个问题，造成采用超薄阳极氧化铝模板制备的SERS基底增强因子不高，灵敏度低。第一，氧化铝模板孔形状为圆形，所制备的金属纳米颗粒形状也是圆形，这不利于高的局域电场增强的产生，因为高的局部电场增强通常发生在米粒状、棒状金属纳米颗粒的尖端。第二，由于掩模板在金属沉积过程中的遮蔽效应，所制备出的纳米颗粒之间的间隙都是大于多孔掩模板孔壁的厚度，从而很难在金属纳米颗粒之间产生极窄的间隙，而极窄间隙恰是高的局部电场增强通常发生的位置。第三，掩模板在沉积金属后一般都是直接将其去除，因为一般大家都认为掩模板对SERS基底性能没有作用。因此，上述提到的技术问题需要解决。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术提出一种表面增强拉曼光谱基底、制造工艺及应用，目的在于解决传统单层超薄阳极氧化铝模板在基底上制备金属纳米颗粒阵列作为SERS基底增强因子比较低的问题。为了解决上述的技术问题，本专利技术提出的基本技术方案的一个方面为：一种表面增强拉曼光谱基底，包括：目标基底层，该目标基底层上具有一个第一表面；依序叠加的至少两层阳极多孔氧化铝模板层，该至少两层阳极多孔氧化铝模板层包括位于最底层的第一模板层和位于最上层的第二模板层，其中所述第一模板层形成于所述目标基底层的第一表面上；以及活性金属颗粒，该活性金属颗粒包括活性金属颗粒连续层结构和活性金属颗粒分散层结构，所述活性金属颗粒连续层分布在所述第二膜板层表面，活性金属颗粒分散层结构分布在目标基底层的第一表面/和阳极多孔氧化铝膜板层的通孔处。进一步的，所述活性金属颗粒的厚度介于～nm之间。进一步的，该活性金属颗粒的活性金属材料为金、银、铝、铂和铜中的至少一种。进一步的，所述活性金属颗粒采用沉积的方式形成于所述第二膜板层表面/和目标基底层的第一表面以及阳极多孔氧化铝膜板层的通孔处。进一步的，沉积的方法采用热蒸发法、电子束蒸镀法和磁控溅射法中的一种。进一步的，部分所述活性金属颗粒穿过所述通孔沉积在所述第一表面和通孔内壁处。进一步的，阳极多孔氧化铝模板的孔直径为5～1000nm，阳极多孔氧化铝模板的孔中心间距为10～1500nm，阳极多孔氧化铝模板的厚度为10～1000nm。进一步的，所述目标基底层为硅、蓝宝石、碳化硅、石英玻璃和普通玻璃中的一种。进一步的，第二膜板层的上表面形成活性纳米金属颗粒网结构，第二膜板层处形成棒状或星型活性纳米金属颗粒结构。另外一方面，本技术方案提出一种用于制造表面增强拉曼光谱基底的工艺，其特征在于，包括如下步骤：1、提供目标基底层，该目标基底层上具有一个第一表面；2、形成依序叠加的至少两层阳极多孔氧化铝模板层，该至少两层阳极多孔氧化铝模板层包括位于最底层的第一模板层和位于最上层的第二模板层，其中所述第一模板层形成于所述目标基底层的第一表面上；3、形成活性金属颗粒，该活性金属颗粒包括活性金属颗粒连续层结构和活性金属颗粒分散层结构，所述活性金属颗粒连续层分布在所述第二膜板层表面，活性金属颗粒分散层结构分布在目标基底层的第一表面/和阳极多孔氧化铝膜板层的通孔处。优选的，所述活性金属颗粒采用沉积的方式形成于所述第二膜板层表面/和目标基底层的第一表面以及阳极多孔氧化铝膜板层的通孔处。优选的，沉积的方法采用热蒸发法、电子束蒸镀法和磁控溅射法中的一种。再一方面，本技术方案提出了一种所述的表面增强拉曼光谱基底在拉曼光谱仪中的应用。本专利技术的有益效果是：本专利技术的技术方案一种表面增强拉曼光谱基底，包括目标基底层、阳极多孔氧化铝模板层和活性金属颗粒；该目标基底层上具有一个第一表面；阳极多孔氧化铝模板层，该阳极多孔氧化铝模板层形成于所述目标基底层的第一表面上；该活性金属颗粒非连续的分散于所述阳极多孔氧化铝模板层/和目标基底层的第一表面处。本技术的表面增强拉曼光谱基底包括有阳极多孔氧化铝模板层和非连续分布的活性金属颗粒，该阳极多孔氧化铝模板层由于存在无数的通孔，其改变了活性金属颗粒的分布位置，以此改变了活性金属颗粒周围的电场分布，使得接近活性金属颗粒表面的电场强度明显增强，最终实现拉曼光谱基底的拉曼强度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对本专利技术实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本专利技术实施例的内容和这些附图获得其他的附图。图1为一种表面增强拉曼光谱基底的机构原理示意图之二；图2的a和b为在硅基底形成了两层阳极多孔氧化铝模板层后的扫描电镜图；图2的c和d为在两层阳极多孔氧化铝模板层沉积了银之后所得到的拉曼光谱基底的结构的扫描电镜照片。图3为实施例1与对照实验组的表面增强拉曼光谱基底测试后得到的测试结果。图4为实施例1的表面增强拉曼光谱基底进行不同浓度4-ATP分子的测试结构图谱。具体实施方式下面将结合附图1-4对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，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作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。需要说明，若本专利技术实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。参见图1，一种表面增强拉曼光谱基底，包括目标基底层10、依序叠加的至少两层阳极多孔氧化铝模板层20和活性金属颗粒30；其中，目标基底层10上具有一个第一表面101；至少两层阳极多孔氧化铝模板层20包括位于最底层的第一模板层201和位于最上层的第二模板层202，其中所述第一模板层201形成于所述目标基底层10的第一表面上101；该活性金属颗粒30包括活性金属颗粒连续层结构301和活性金属颗粒分散层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种表面增强拉曼光谱基底，其特征在于，包括： 目标基底层（10），该目标基底层（10）上具有一个第一表面（101）； 依序叠加的至少两层阳极多孔氧化铝模板层（20），该至少两层阳极多孔 氧化铝模板层（20）包括位于最底层的第一模板层（201）和位于最上层的第二模板层（202），其中所述第一模板层（201）形成于所述目标基底层（10）的第一表面上（101）；以及 活性金属颗粒（30），该活性金属颗粒（30）包括活性金属颗粒连续层结构（301）和活性金属颗粒分散层结构（302），所述活性金属颗粒连续层（301）分布在所述第二膜板层（202）表面，活性金属颗粒分散层结构（302）分布在目标基底层（10）的第一表面（101）/和阳极多孔氧化铝膜板层（20）的通孔处。

【技术特征摘要】
1.一种表面增强拉曼光谱基底，其特征在于，包括：目标基底层（10），该目标基底层（10）上具有一个第一表面（101）；依序叠加的至少两层阳极多孔氧化铝模板层（20），该至少两层阳极多孔氧化铝模板层（20）包括位于最底层的第一模板层（201）和位于最上层的第二模板层（202），其中所述第一模板层（201）形成于所述目标基底层（10）的第一表面上（101）；以及活性金属颗粒（30），该活性金属颗粒（30）包括活性金属颗粒连续层结构（301）和活性金属颗粒分散层结构（302），所述活性金属颗粒连续层（301）分布在所述第二膜板层（202）表面，活性金属颗粒分散层结构（302）分布在目标基底层（10）的第一表面（101）/和阳极多孔氧化铝膜板层（20）的通孔处。2.如权利要求1所述的一种表面增强拉曼光谱基底，其特征在于：所述活性金属颗粒（30）的厚度介于2~200nm之间。3.如权利要求1所述的一种表面增强拉曼光谱基底，其特征在于：该活性金属颗粒（30）的活性金属材料为金、银、铝、铂和铜中的至少一种。4.如权利要求1所述的一种表面增强拉曼光谱基底，其特征在于：所述活性金属颗粒（30）采用沉积的方式形成于所述第二膜板层（202）表面/和目标基底层（10）的第一表面（101）以及阳极多孔氧化铝膜板层（20）的通孔处。5.如权利要求4所述的一种表面增强拉曼光谱基底，其特征在于：沉积的方法采用热蒸发法、电子束蒸镀法和磁控溅射法中的一种。6.如权利要求1所述的一种表面增强拉曼光谱基底，其特征在于：部分所述活性金属颗粒（30）穿过所述通孔沉积在所述第一表面（101）和通孔内壁处。7.如权利要求1所述的一种表面增强拉曼光谱基底，其特征在于：阳极多孔氧化铝模板（20）的孔直径为5~1000nm，阳极多孔氧化铝模板（20）的孔中心间...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵呈春，郭秋泉，祝渊，桂许春，杨军，
申请(专利权)人：深圳拓扑精膜科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44