一种基于表面增强拉曼散射效应精准探测温度的方法，包括以下步骤：(1)将等离激元纳米颗粒单层膜负载到支撑基底上；(2)将单层膜基底浸泡在探针分子溶液中，干燥后制成硬质基底温度传感器或柔性基底温度传感器；(3)将硬质基底温度传感器或柔性基底温度传感器置于梯度工作温度下采集其表面的拉曼光谱，建立特征温度及相应特征峰峰强之间的标准曲线；(4)将硬质基底温度传感器或柔性基底温度传感器置于检测范围内，采集其表面的拉曼光谱，读取特征峰峰强并与该温度区间的标准曲线对照，实现未知环境温度的探测。本发明专利技术操作简单，能够基于等离激元纳米颗粒单层膜温度依赖的SERS效应实现可重现、高稳定、高精度的温度探测。高精度的温度探测。高精度的温度探测。
【技术实现步骤摘要】
基于表面增强拉曼散射效应精准探测温度的方法
[0001]本专利技术涉及一种用于温度检测的方法，该方法基于表面增强拉曼散射效应制备的温度传感器，属于温度检测
技术介绍
[0002]表面增强拉曼散射(Surface
‑
enhanced Raman Scattering,SERS)光谱技术具有物质"化学指纹"识别快速、灵敏、无损和原位等特性，在温度传感、生物和医学检测、化学定量分析和食品安全检查等领域有着诸多的应用。但是目前基于SERS的定量检测和应用仍是一巨大挑战，其主要原因是SERS基底的质量不佳，不能保证SERS信号的均一性和可重现性。
[0003]CN108526487B公开的《一种宏观尺寸密堆积金纳米颗粒单层膜的制备方法》通过界面组装法实现了宏观尺寸、具有较低空隙率的金纳米颗粒单层膜的制备。由于等离激元纳米颗粒(金、银、铜及其合金、核壳结构)在所制备的宏观尺寸、具有较低空隙率的单层膜中，呈现周期性有序分布，因此等离激元纳米颗粒间的纳米间隙作为SERS基底的“热点”，其分布具有周期性有序和均一性的特征。因此，基于其均一的表面等离子体共振(Surface Plasma Resonance,SPR)效应，可实现它们在定量分析检测领域的相关应用。
[0004]温度传感器是一类能感受温度并转换成可用输出信号的传感器，是温度探测仪表的核心部件，其灵敏度、耐久性和可靠性在实际应用中至关重要。常用热传感器按照传感器材料及电子元件特性分为热电阻和热电偶两类。这些基于集成电路的温度传感器具有高温度灵敏度和灵活性，但是复杂的结构和制造成本阻碍着它们的广泛应用。
技术实现思路
[0005]本专利技术针对现有温度监测技术存在的不足，以及等离激元纳米颗粒在温度监测应用中欠缺的问题，提供一种高效简便，精度高的基于表面增强拉曼散射效应精准探测温度的方法，可实现不同灵敏度和探测范围的温度探测。
[0006]本专利技术的基于表面增强拉曼散射效应精准探测温度的方法，包括以下步骤：
[0007](1)将等离激元纳米颗粒单层膜负载到干净的硬质支撑基底(硅片、玻璃片等)或柔性(聚二甲基硅氧烷
‑
PDMS等)支撑基底上，得到单层膜硬质基底或单层膜柔性基底；
[0008](2)将步骤(1)得到的单层膜硬质基底或单层膜柔性基底浸泡在探针分子(结晶紫、亚甲基蓝、罗丹明6G、对氨基苯硫酚等物理或化学吸附分子)溶液中，常温静置1小时，用乙醇清洗基底表面，并在氮气气氛下干燥，即制成硬质基底温度传感器或柔性基底温度传感器；
[0009](3)将步骤(2)得到的硬质基底温度传感器置于25℃
‑
140℃温度环境中，采集其表面的拉曼光谱，读取特征峰峰强并与该温度区间的标准曲线对照，实现大范围未知环境温度的探测；
[0010](4)将步骤(2)得到的柔性基底温度传感器置于35
‑
45℃范围内的任意温度环境中，采集其表面的拉曼光谱，读取特征峰峰强并与该温度区间的标准曲线对照，实现体温范
围内精确到0.1℃温度的探测。
[0011]所述步骤(1)中，对于硬质支撑基底依次使用新配置王水至少浸泡4小时和使用饱和氢氧化钠至少浸泡12小时，然后用超纯水清洗干净，用氮气吹干；对于柔性支撑基底，使用前将其旋涂至硬性基底表面并在60
‑
90℃环境下放置4
‑
8小时；将处理后的基底自上而下平行靠近等离激元纳米颗粒单层膜表面，膜附着在支撑基底上，向上提拉，将膜完整捞出，用无水乙醇冲洗干净基底表面后，在氮气气氛下干燥。
[0012]所述步骤(1)中等离激元纳米颗粒单层膜的制备包括以下步骤：
[0013]①
使用有机溶剂将胺类配置成摩尔浓度为0.00001
‑
1摩尔/升的含胺类有机溶液，将等离激元纳米颗粒溶胶与含胺类有机溶液以5:1的体积比混合，静置，将上层含等离激元纳米颗粒的有机溶液分离并收集；
[0014]②
将步骤
①
中收集的含等离激元纳米颗粒的有机溶液置于二乙二醇表面静置，待有机溶液完全挥发后，在二乙二醇溶液上方得到稳定的等离激元纳米颗粒单层膜；
[0015]所述步骤(1)
①
中的有机溶剂为甲苯或正己烷等，胺类溶液为油胺以及十二至十八胺等烷基胺类的溶液。
[0016]所述步骤(1)
①
中等离激元纳米颗粒为水溶性、单分散和静电力稳定的，且有一个尺度在5
‑
700纳米范围内的单一组分(金、银或铜)、双组分合金(金银合金、金铜合金或银铜合金)、三组分合金(金银铜合金)或者是核壳结构纳米颗粒。这些等离激元纳米颗粒的制备过程如下所述：
[0017]a使用超纯水将金属前驱体盐和还原剂分别配制成质量百分比浓度为1％的金属前驱体盐溶液和还原剂溶液；
[0018]所述金属前驱体盐为氯金酸、硝酸银、硝酸铜、氯金酸和硝酸银混合物、氯金酸和硝酸铜混合物、硝酸银和硝酸铜混合物、或者是氯金酸、硝酸银和硝酸铜的混合物，混合物中各组分比例为任何比例；
[0019]还原剂可依据所需纳米颗粒尺寸选择柠檬酸钠、抗坏血酸钠或硼氢化钠等。
[0020]b将金属前驱体盐溶液和还原剂溶液依次加入到超纯水中，金属前驱体盐溶液、还原剂溶液与超纯水的体积比以及反应温度可根据纳米颗粒的尺寸进行调节，典型的体积比为3:1:96，典型反应温度为100℃；
[0021]c保持反应溶液温度，搅拌回流30分钟后，冷却至室温，即获得水溶性、单分散、类球形的等离激元纳米颗粒溶胶(金纳米颗粒、银纳米颗粒、铜纳米颗粒、金银合金纳米颗粒、金铜合金纳米颗粒、银铜合金纳米颗粒或金银铜合金纳米颗粒)；
[0022]d核壳结构等离激元纳米颗粒的制备：
[0023]以步骤c制备的等离激元纳米颗粒作为种子，将种子与壳层金属前驱体盐及还原剂溶液(与步骤a中使用的金属前驱体盐溶液和还原剂溶液一致，生长何种组分壳层，则加入相应的金属前驱体盐及还原剂溶液)混合，制备金属壳层；或者将种子表面包覆二氧化硅或二氧化钛制备非金属壳层(非金属壳层厚度小于5纳米)。
[0024]所述步骤(2)中探针分子可以为结晶紫、亚甲基蓝、罗丹明6G、对氨基苯硫酚等，或其他可与等离激元纳米颗粒物理或化学吸附的分子，其特征浓度为10
‑1‑
10
‑
11
M。
[0025]所述步骤(3)中标准曲线是在25
‑
140℃范围内，梯度温度与该温度下硬质基底温度传感器表面探针分子的特征拉曼峰强间建立的线性关系；未知温度的测定是通过读取该
温度下硬质基底温度传感器表面探针分子的特征拉曼峰强，代入标准曲线求解得到的。例如选择硅基硬质温度传感器，10
‑7摩尔每升的结晶紫作为探针分子，其拉曼光谱中204cm
‑1处特征峰强度温度关系的线性拟合系数R2为0.997，拟合函数关系本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于表面增强拉曼散射效应精准探测温度的方法，其特征是，包括以下步骤：(1)将等离激元纳米颗粒单层膜负载到干净的硬质支撑基底或柔性支撑基底上，得到单层膜硬质基底或单层膜柔性基底；(2)将步骤(1)得到的单层膜硬质基底或单层膜柔性基底浸泡在探针分子溶液中，常温静置后，用乙醇清洗基底表面，并在氮气气氛下干燥，即制成硬质基底温度传感器或柔性基底温度传感器；(3)将步骤(2)得到的硬质基底温度传感器置于25℃
‑
140℃温度环境中，采集其表面的拉曼光谱，读取特征峰峰强并与该温度区间的标准曲线对照，实现大范围未知环境温度的探测；(4)将步骤(2)得到的柔性基底温度传感器置于35
‑
45℃范围内的任意温度环境中，采集其表面的拉曼光谱，读取特征峰峰强并与该温度区间的标准曲线对照，实现体温范围内温度的探测。2.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼散射效应精准探测温度的方法，其特征是，所述步骤(1)中，对于硬质支撑基底依次使用新配置王水至少浸泡4小时和使用饱和氢氧化钠至少浸泡12小时，然后用超纯水清洗干净，用氮气吹干；对于柔性支撑基底，使用前将其旋涂至硬性基底表面并在60
‑
90℃环境下放置4
‑
8小时；将处理后的基底自上而下平行靠近等离激元纳米颗粒单层膜表面，膜附着在支撑基底上，向上提拉，将膜完整捞出，用无水乙醇冲洗干净基底表面后，在氮气气氛下干燥。3.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼散射效应精准探测温度的方法，其特征是，所述步骤(1)中等离激元纳米颗粒单层膜的制备包括以下步骤：
①
使用有机溶剂将胺类配置成摩尔浓度为0.00001
‑
1摩尔/升的含胺类有机溶液，将等离激元纳米颗粒溶胶与含胺类有机溶液以5:1的体积比混合，静置，将上层含等离激元纳米颗粒的有机溶液分离并收集；
②
将步骤
①
中收集的含等离激元纳米颗粒的有机溶液置于二乙二醇表面静置，待有机溶液完全挥发后，在二乙二醇溶液上方得到稳定的等离激元纳米颗粒单层膜。4.根据权利要求3所述的基于表面增强拉曼散射效应精准探测温度的方法，其特征是，所述步骤(1)
①
中等离激元纳米颗粒为水溶性、单分散和静电力稳定的，且有一个尺度在5
‑
700纳米范围内。5.根据权利要求1所述的基于表面增强拉曼散射效应精准探测温度的方法，其特征是，所述步骤(1)
①
中等离激元纳米颗粒为金属金、银和铜的单一组分纳米颗粒、双组分...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏海兵，夏侯玉娇，陶绪堂，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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