一种磁性复合材料的SERS增强因子模型建立方法技术

一种磁性复合材料的SERS增强因子模型建立方法，属于建立复合材料SERS增强因子计算模型领域。现有的SERS增强效应的预测模型无法计算出不同因分子所产生的增强效果。一种磁性复合材料的SERS增强因子模型建立方法，综合电磁增强机制和化学增强机制建立SERS增强因子计算模型，具体通过描述金属内部的等离子体振荡的步骤，以及综合电磁增强机制和化学增强机制，建立SERS增强因子计算模型的步骤。本发明专利技术是对磁性复合材料的增强机制进行系统性综合性的分析后建立的SERS增强因子计算模型，所建立模型不仅能解析其增强机制实现对增强效果的预测，也为复合材料的基底制备提供了理论指导。导。

【技术实现步骤摘要】
一种磁性复合材料的SERS增强因子模型建立方法


[0001]本专利技术涉及一种SERS增强效应的预测模型建立方法，特别涉及一种磁性复合材料的 SERS增强因子模型建立方法。

技术介绍

[0002]拉曼光谱能获取分子的结构信息，可作为物质鉴别的“指纹图谱”具有很高的鉴别精度。然而，因自身信号的微弱及仪器技术的落后，拉曼光谱的检测应用也受到限制。表面增强拉曼散射(Surface enhanced Raman scattering，SERS)技术的问世，促使拉曼光谱成为研究物质结构的有效手段[1]。SERS作为一个极具前途的表面光谱技术，实现了拉曼信号的放大，完善了拉曼光谱仪这类光学精密仪器的理论基础和相关技术。通过SERS的研究可推进拉曼光谱领域的发展，使拉曼光谱在环境、生命、化学和工程材料等众多领域发挥着重要的作用。
[0003]SERS的价值在于对吸附在基底表面分子的拉曼信号的放大，评价SERS增强效果最直观的数值即为SERS增强因子[6]。增强因子的经验公式是根据实验确定的，受限于分析物的光稳定性等诸多条件因素是一种粗估计，并且在计算时需要获取浓度值或分子量等信息，不能实现对增强效果的提前预测。现有的SERS增强因子的理论计算主要遵循增强因子与电磁增强因子的4次幂成正比的假设。虽然它能够实现对SERS增强效应的预测，但因其理论基础只考虑了电磁增强机制，未兼顾基底与待测分子间的化学效应，当出现不同分子与基底作用时，它无法计算出因分子不同所产生的不同的增强效果。因此，建立一种SERS 电磁与化学增强机制统一的模型，实现具有分子选择性的SERS效果预测，对于综合性的评价和指导SERS实验具有重要意义。
[0004]本专利技术基于统一电磁和化学增强机制对SERS增强理论，建立具有分子选择性的增强因子预测模型。
[0005][1]Zong C,Xu M,Xu L J,et al.Surface
‑
Enhanced Raman Spectroscopy for Bioanalysis: Reliability and Challenges[J].Chemical Reviews,2018,118(10):4946
‑
4980；
[0006][2]Alexandra N S,Bogdan V.P,Ekaterina S,et al.Nanoplasmonic Chitosan Nanofibers as Effective SERS Substrate for Detection of Small Molecules[J].Acs Applied Materials& Interfaces,2015,7(28):15466
‑
15473；
[0007][3]Chen S,Liu B,Zhang X,et al.Electrochemical fabrication of pyramid
‑
shape silver microstructure as effective and reusable SERS substrate[J].Electrochimica Acta, 2018,274:24249；
[0008][4]张晓蕾,张洁,任文杰,等.银纳米粒子/碳纳米管阵列SERS基底增强因子分析和实验[J].光谱学与光谱分析,2015(06):1567
‑
1571；
[0009][5]Jung G B,Bae Y M,Lee Y J,et al.Nanoplasmonic Au nanodot arrays as an SERS substrate for biomedical applications[J].Applied Surface Science,
2013,282(1):161
‑
164；
[0010][6]Bell S E J,Charron G,Cort
é
s E,et al.Towards reliable and quantitative surface
‑ꢀ
enhanced Raman scattering(SERS):From key parameters to good analytical practice[J]. Angewandte Chemie International Edition,2020,59(14):5454
‑
5462。

技术实现思路

[0011]本专利技术的目的是为了解决现有的SERS增强效应的预测模型无法计算出不同因分子所产生的增强效果的问题，而提出一种磁性复合材料的SERS增强因子模型建立方法。
[0012]一种磁性复合材料的SERS增强因子模型建立方法，所述方法通过以下步骤实现：
[0013]描述金属内部的等离子体振荡的步骤；具体为：
[0014]设金属表面由入射光激发产生电子移动，设电子向右移动了一个距离，用η表示，则电子在右侧产生堆积；设电子的密度是n
e
，电子多带的电荷为e，则右侧的电荷密度为
ꢀ‑
ηn
e
e，左侧的电荷密度为+ηn
e
e；那么，金属的极化强度p则表示为：
[0015]p＝ηn
e
e
ꢀꢀꢀ
(1)
[0016]此时，由于金属内部极化而产生的电场强度E
P
表示为：
[0017]E
P
＝
‑
4πP＝
‑
4πηn
e
e
ꢀꢀꢀ
(2)
[0018]E
P
电场使电子具有向左移动趋势，从而使电子在金属内部产生振动，忽略电子振动过程中的能量衰减，单位体积内电子的振动方程表示为：
[0019][0020]式中：m为电子的质量；
[0021]将上式改写为：
[0022][0023]式中：ω
P
为无衰减时等离子体的振动频率，则ω
P
定义为：
[0024][0025]因此，等离子体的量子化能量可表示为：
[0026][0027]当金属内电子衰减时，令弛豫时间为τ，设存在外电场如下：
[0028]E＝E0exp(
‑
iωt)
ꢀꢀꢀ
(7)
[0029]电子只沿z方向运动，则电子的运动方程表示为：
[0030][0031]由此可得：
[0032][0033]将p＝ηn
e
e带入复介电常数中，得到如下关系：
[0034][0035]令ω
τ
≠1，忽略电子振动中的衰减则有：
[0036][0037]根据上述公式，可知，产生等离子体波应满足：
[0038]ε(ω)＝0
ꢀꢀꢀ本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性复合材料的SERS增强因子模型建立方法，其特征在于：所述方法通过以下步骤实现：描述金属内部的等离子体振荡的步骤；具体为：设金属表面由入射光激发产生电子移动，设电子向右移动了一个距离，用η表示，则电子在右侧产生堆积；设电子的密度是n
e
，电子多带的电荷为e，则右侧的电荷密度为
‑
ηn
e
e，左侧的电荷密度为+ηn
e
e；那么，金属的极化强度p则表示为：p＝ηn
e
e
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)此时，由于金属内部极化而产生的电场强度E
P
表示为：E
P
＝
‑
4πP＝
‑
4πηn
e
e
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)E
P
电场使电子具有向左移动趋势，从而使电子在金属内部产生振动，忽略电子振动过程中的能量衰减，单位体积内电子的振动方程表示为：式中：m为电子的质量；将上式改写为：式中：ω
P
为无衰减时等离子体的振动频率，则ω
P
定义为：因此，等离子体的量子化能量可表示为：当金属内电子衰减时，令弛豫时间为τ，设存在外电场如下：E＝E0exp(
‑
iωt)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)电子只沿z方向运动，则电子的运动方程表示为：由此可得：将p＝ηn
e
e带入复介电常数中，得到如下关系：令ω
τ
≠1，忽略电子振动中的衰减则有：
根据上述公式，可知，产生等离子体波应满足：ε(ω)＝0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)通过上述公式可知，LSPR与电子的密度、电子有效质量、电子分布的尺寸及形状相...

【专利技术属性】
技术研发人员：周真，高鑫鹏，杨旭，
申请(专利权)人：哈尔滨理工大学，
类型：发明
国别省市：