一种用于表面增强拉曼的Cu2O-CuO/Ag复合基底及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种用于表面增强拉曼的Cu2O

【技术实现步骤摘要】
一种用于表面增强拉曼的Cu2O
‑
CuO/Ag复合基底及其制备方法


[0001]本专利技术涉及纳米复合材料制备
，更具体的说是涉及一种用于表面增强拉曼的Cu2O
‑
CuO/Ag复合基底及其制备方法。

技术介绍

[0002]拉曼光谱是一种可以用于分子尺度上化学、物理和生物表面界面上吸附分子的检测方法，然而，传统拉曼光谱因其固有的低效散射过程导致的低灵敏度而受到局限。表面增强拉曼散射(SERS)光谱具有检测灵敏度，能提供分子级振动指纹光谱以及散射分子数成正相关的拉曼信号等特点，克服了传统拉曼的缺点，大大提高拉曼检测灵敏度，在某些情况下可以扩展到单个分子检测水平，在环境监测、食品安全、公共安全和生物医学研究中得到了广泛的应用。SERS检测技术的核心和关键是高敏感性和高可靠性基底的制造，基底的表面形貌和结构决定了拉曼信号的产生和强度。近年来，贵金属(Ag,Au)周期性纳米结构常用作SERS基底的制备，其SERS活性是由金属纳米材料界面处自然形成的小间隙可以聚光并产生增强的电磁场。如果目标分子被吸附，在相邻的纳米粒子表面上会形成“热点区域”，便会增加拉曼信号使目标物质更容易被识别。但是，纳米贵金属材料成本高，因此越来越多的人聚焦于半导体材料如ZnO、TiO2、SnO2等。CuO(带隙宽度为1.2～1.8eV)、Cu2O(带隙宽度2.2eV)，因其独特的光学性质以及化学稳定性等，在传感、电荷储存材料、太阳能电池等领域有着广泛的应用。然而半导体纳米材料对于SERS增强效果有限，远低于贵金属的拉曼增强效果，因此半导体
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贵金属纳米复合材料成为现在研究的热点。
[0003]目前，制备半导体材料的方法多为水热法、微波法、葡萄糖还原法等，但是这些方法需要繁琐的步骤，耗时，而且成本较高。激光直写是一种通过激光束与目标的相互作用来完成结构化的技术，激光直写技术作用机理是利用激光诱导光
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热作用和等离子激元效应，不仅可以实现离子油墨的还原，还可以实现纳米粒子之间的连接和组装。目前，激光直写已被成功应用于各种铜基微纳米结构的制备中，例如导电铜微结构、纳米铜氧化物、铜/氧化物复合结构、铜/碳复合结构等。
[0004]因此，如何利用激光直写制备一种用于表面增强拉曼的Cu2O
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CuO/Ag复合基底是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术目的在于提供一种用于表面增强拉曼的Cu2O
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CuO/Ag复合基底的激光直写制备方法，本专利技术采用多元醇法制备Ag纳米线，同时采用激光直写技术一步制备Cu2O
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CuO复合结构，由于激光的光热效应，可以将Cu
2+
溶液前驱体还原成Cu2O和CuO；另外可控的激光路径实现一步制备Cu2O
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CuO多孔薄膜；以及本专利技术采用激光直写技术将Cu2O
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CuO复合结构和Ag纳米线进行烧结，由于激光辐射局部温度较低，可以将Ag纳米线和Cu2O
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CuO多孔结构进行连接，最大程度保持纳米线的形貌。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种用于表面增强拉曼的Cu2O
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CuO/Ag复合基底，其特征在于，包括玻璃基板和Cu2O
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CuO/Ag复合薄膜，所述Cu2O
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CuO/Ag复合薄膜合成于所述玻璃基板上。
[0008]优选的，在上述一种用于表面增强拉曼的Cu2O
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CuO/Ag复合基底中，所述Cu2O
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CuO/Ag复合薄膜的厚度为30～70μm。
[0009]本专利技术还公开了一种用于表面增强拉曼的Cu2O
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CuO/Ag复合基底的制备方法，包括以下步骤：
[0010](1)玻璃基板的表面预处理：将玻璃基板用去离子水和无水乙醇清洗后于室温环境中干燥，然后放入等离子清洗机，在氧气环境中进行亲水性处理；
[0011](2)Cu2O
‑
CuO薄膜的制备：将Cu
2+
前驱体溶液均匀涂覆在玻璃基板上，干燥后形成固态前驱体薄膜，进行激光直写，清洗除去剩余前驱体，即得Cu2O
‑
CuO薄膜；
[0012](3)Ag纳米线浓溶液的制备：将PVP、AgCl、AgNO3溶于乙二醇中，加热至反应完全后，于室温下冷却，加入去离子水离心多次，离心产物即为Ag纳米线浓溶液；
[0013](4)Cu2O
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CuO/Ag复合基底的制备：将Ag纳米线浓溶液稀释后涂覆在步骤(2)制备得到的Cu2O
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CuO薄膜上，干燥后进行激光烧结，即得Cu2O
‑
CuO/Ag复合基底。
[0014]优选的，在上述一种用于表面增强拉曼的Cu2O
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CuO/Ag复合基底的制备方法中，步骤(1)中所述亲水性处理的处理时间为3～10min。如果处理时间过短，亲水性差，前驱体溶液在玻璃基板上较难铺展，导致后面制备的薄膜成分结构不均匀；如果处理时间过长，不仅对等离子清洗机造成损坏，而且玻璃基板温度过高，存在安全隐患。
[0015]优选的，在上述一种用于表面增强拉曼的Cu2O
‑
CuO/Ag复合基底的制备方法中，步骤(2)中所述Cu
2+
前驱体溶液的制备方法为：将5M Cu(NO3)2和0.25g/mL的PVP水溶液按体积比1:0.6～1:0.8的比例混合，即得Cu
2+
前驱体溶液。
[0016]优选的，在上述一种用于表面增强拉曼的Cu2O
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CuO/Ag复合基底的制备方法中，步骤(2)中所述干燥温度为50
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60℃，干燥时间为10～30min。此处干燥温度过高或者干燥时间过长，均将会使得前驱体溶液中的Cu
2+
提前还原。
[0017]优选的，在上述一种用于表面增强拉曼的Cu2O
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CuO/Ag复合基底的制备方法中，步骤(2)中所述激光直写的条件如下：激光光斑直径为400～800μm，激光波长为808nm，激光功率为1～3W，且激光直写路径为正交蛇形轨迹，两次扫描路径间隙为0.05～0.2mm。此处激光功率如果小于1W时，薄膜和玻璃基板的结合力不足。
[0018]优选的，在上述一种用于表面增强拉曼的Cu2O
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CuO/Ag复合基底的制备方法中，步骤(3)具体为：
[0019](3.1)将0.66gPVP和0.025g AgCl溶于40mL的乙二醇中配置得到A溶液；0.22g的AgNO3溶于20mL乙二醇中得到B溶液；
[0020](3.2)将A溶液在油浴中快速搅拌加热至175℃后保温，此时溶液为淡黄色，然后逐滴加入B溶液，至溶液为砖红色后将B溶液全本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于表面增强拉曼的Cu2O
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CuO/Ag复合基底，其特征在于，包括玻璃基板和Cu2O
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CuO/Ag复合薄膜，所述Cu2O
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CuO/Ag复合薄膜合成于所述玻璃基板上。2.根据权利要求1所述的一种用于表面增强拉曼的Cu2O
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CuO/Ag复合基底，其特征在于，所述Cu2O
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CuO/Ag复合薄膜的厚度为30～70μm。3.一种权利要求1
‑
2任一项所述的用于表面增强拉曼的Cu2O
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CuO/Ag复合基底的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)玻璃基板的表面预处理：将玻璃基板用去离子水和无水乙醇清洗后于室温环境中干燥，然后放入等离子清洗机，在氧气环境中进行亲水性处理；(2)Cu2O
‑
CuO薄膜的制备：将Cu
2+
前驱体溶液均匀涂覆在玻璃基板上，干燥后形成固态前驱体薄膜，进行激光直写，清洗除去剩余前驱体，即得Cu2O
‑
CuO薄膜；(3)Ag纳米线浓溶液的制备：将PVP、AgCl、AgNO3溶于乙二醇中，加热至反应完全后，于室温下冷却，加入去离子水离心多次，离心产物即为Ag纳米线浓溶液；(4)Cu2O
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CuO/Ag复合基底的制备：将Ag纳米线浓溶液稀释后涂覆在步骤(2)制备得到的Cu2O
‑
CuO薄膜上，干燥后进行激光烧结，即得Cu2O
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CuO/Ag复合基底。4.根据权利要求3所述的一种用于表面增强拉曼的Cu2O
‑
CuO/Ag复合基底的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述Cu
2+
前驱体溶液的制备方法为：将5MCu(NO3)2和0.25g/mL的PVP水溶液按体积比1:(0.6～0.8)的比例混合，即得Cu
2+
前驱体溶液。5.根据权利要求3所述的一种用于表面增强拉曼的Cu2O
‑
CuO/Ag复合基底的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭伟，姚煜，彭鹏，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：