一种柔性SERS薄膜及制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种柔性SERS薄膜及制备方法和应用，采用旋涂法在PDMS薄膜表面附着一层超薄g

【技术实现步骤摘要】
一种柔性SERS薄膜及制备方法和应用


[0001]本专利技术属于纳米材料制备领域，具体涉及一种柔性SERS薄膜及制备方法和应用。

技术介绍

[0002]近年来，SERS(surface enhancement of Raman scattering，表面增强拉曼散射)由于简单、快速、灵敏、无损的检测特点，经常被用于检测待测物的化学结构以及分子组成信息。SERS增强主要是由于贵金属纳米结构表面等离子体共振引发的电磁增强所导致的。不同形貌、结构、间距的金属纳米颗粒，如纳米花、纳米立方体、纳米星等能够形成不同位置和数量的局域电场区域，即“热点”。此外，目前的理论研究和实验已经证实双金属核壳粒子在物理化学性质上比单金属更有优势，更适合用于制备高效SERS探针。同时，核壳间隙可以产生金属内的“热点”，特征信号分子可以嵌入间隙中，保证检测的稳定性，在SERS分析中具有很大的应用前景。为了保证纳米粒子形貌结构的可控制备，往往通过自下而上的策略合成为胶体纳米颗粒，再沉积在基底上后进行SERS检测。然而，传统的刚性基底很难同时做到样品的采集和清理，同时具有制备成本高，加工工艺复杂，测试条件苛刻等缺点。
[0003]与传统刚性基底相比，柔性SERS基底在适应性上具有很大的优势。时至今日，许多柔性材料，包括PMMA，PVDF，PDMS，纤维素纸和胶带等都能够作为贵金属柔性SERS基底的支撑材料。王向贤教授将边长为170nm的金纳米立方体与不同厚度的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)间隔层复合在金薄膜上，制备了复合SERS基底。在复合结构中，金纳米立方体上激发的局部表面等离子体激元和PMMA
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金界面上激发的表面等离子体激元之间的强共振耦合导致了强拉曼信号。
[0004]Satinder K.Sharma等人在PDMS衬底的结构表面上涂覆Ag，制备了一种用于孔雀石绿(MG)检测的仿生柔性SERS传感器。银涂层微腔结构的PDMS具有高粘附性、疏水行为。虽然与传统的刚性基板相比，柔性SERS基底能够适应不同条件的信号分子采集，而且制备成本有所降低，在实际应用中具有很多优势。但是相比采用自上而下的技术制备的刚性基底，难以保证大范围内的均匀性和信号重现性。
[0005]除此之外，目前柔性基底与传统刚性基底一样，很难做到多次循环测试，缺乏可重复使用性。这在实际应用中会提高SERS单次检测的成本，限制SERS技术的推广。光催化降解由于其绿色环保的降解手段，较低的降解成本和高效的降解效率成为解决这一困境的主要策略。
[0006]邓等人采用牺牲模板法首先制备了CuO微碗阵列，再在其表面上溅射沉积银层得到了Ag@CuO微碗阵列。Ag@CuO微碗SERS基底不仅表现出优异的SERS性能，并且能在不影响SERS活性的情况下进行多次检测。另一方面，虽然金属Ag的SERS检测性能最优异，但是以金属Ag为主的SERS基底必须保存在特定环境下，如何提高SERS基底的稳定性是值得思考的又一个问题。
[0007]综上所述，目前迫切的需要开发稳定性高、自清洁能力强和均匀性好的柔性SERS阵列基底。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服传统刚性SERS基底复杂苛刻的测试条件，同时规避传统柔性基底信号不均匀、稳定性低、自清洁能力差的缺陷，提供一种具有规则贵金属阵列结构的柔性SERS薄膜及制备方法和应用，结合光催化手段提高贵金属SERS基底的重复利用性和环境稳定性，从而降低SERS基底的测试成本，并且该方法制备的柔性SERS薄膜具有稳定性高、自清洁能力强和均匀性好的特点。
[0009]为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0010]一种柔性SERS薄膜的制备方法，包括以下步骤：
[0011]在PDMS薄膜表面附着一层g
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C3N4纳米片，形成g
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C3N4/PDMS薄膜；
[0012]将Au@Ag纳米球采用两相液
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液自组装法制备Au@Ag纳米球阵列；
[0013]将Au@Ag纳米球阵列转移到g
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C3N4/PDMS薄膜上，形成Au@Ag纳米球/超薄g
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C3N4/PDMS柔性膜；
[0014]在Au@Ag纳米球/超薄g
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C3N4/PDMS柔性膜上覆盖石墨烯，得到柔性SERS薄膜。
[0015]进一步的，g
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C3N4纳米片通过以下过程制得：通过气体剥离法将g
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C3N4粉末自室温以4
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6℃/min的升温速率升温至490
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510℃下，保温1
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3h，得到g
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C3N4纳米片。
[0016]进一步的，g
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C3N4/PDMS薄膜通过以下过程制得：将g
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C3N4纳米片分散在去离子水，形成g
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C3N4纳米片水分散液，将g
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C3N4纳米片水分散液旋涂在经过等离子处理的PDMS薄膜上，得到g
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C3N4/PDMS薄膜；其中，g
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C3N4纳米片水分散液的浓度为10～20mg/mL。
[0017]进一步的，Au@Ag球纳米通过以下过程制得：避光下，将柠檬酸钠溶液加入到氯金酸溶液中，加热搅拌，得到粉红色的纳米金胶体；向纳米金胶体中加入柠檬酸钠溶液、抗坏血酸溶液和硝酸银溶液，得到Au@Ag纳米球。
[0018]进一步的，Au@Ag纳米球阵列通过以下过程制得：向Au@Ag纳米球中加入环己烯和乙醇，形成Au@Ag纳米球阵列；其中，Au@Ag纳米球阵列、环己烯和乙醇的体积比为6：2～3：3。
[0019]进一步的，在Au@Ag纳米球/超薄g
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C3N4/PDMS柔性膜上覆盖石墨烯，得到柔性SERS薄膜包括以下过程：将PMMA/石墨烯附着在Au@Ag纳米球/超薄g
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C3N4/PDMS柔性膜上，加热后，形成PMMA/石墨烯/Au@Ag纳米球/超薄g
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C3N4/PDMS柔性薄膜，去除PMMA，得到柔性SERS薄膜。
[0020]进一步的，PMMA/石墨烯通过以下过程制得：将铜箔在1030
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1060℃下，退火20
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30min，通入氢气与甲烷的混合气体，得到处理后的铜箔；采用CVD法在处理后的铜箔上生成石墨烯，形成铜基石墨烯，在铜基石墨烯上旋涂PMMA溶液，形成PMMA/石墨烯/Cu，将PMMA/石墨烯/Cu的Cu置于FeCl3溶液中进行反应，得到PMMA/石墨烯。
[0021]进一步的，氢气和甲烷的体积流量比为1：3
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1：4；PMMA溶液的质量浓度为4％，FeCl3溶液的浓度为2moL/L；加热的温度为85
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95℃，时间为1
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2h。
[0022]一种根据如上所述方法制本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性SERS薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：在PDMS薄膜表面附着一层g
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C3N4纳米片，形成g
‑
C3N4/PDMS薄膜；将Au@Ag纳米球采用两相液
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液自组装法制备Au@Ag纳米球阵列；将Au@Ag纳米球阵列转移到g
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C3N4/PDMS薄膜上，形成Au@Ag纳米球/超薄g
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C3N4/PDMS柔性膜；在Au@Ag纳米球/超薄g
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C3N4/PDMS柔性膜上覆盖石墨烯，得到柔性SERS薄膜。2.根据权利要求1所述的一种柔性SERS薄膜的制备方法，其特征在于，g
‑
C3N4纳米片通过以下过程制得：通过气体剥离法将g
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C3N4粉末自室温以4
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6℃/min的升温速率升温至490
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510℃下，保温1
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3h，得到g
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C3N4纳米片。3.根据权利要求1所述的一种柔性SERS薄膜的制备方法，其特征在于，g
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C3N4/PDMS薄膜通过以下过程制得：将g
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C3N4纳米片分散在去离子水，形成g
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C3N4纳米片水分散液，将g
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C3N4纳米片水分散液旋涂在经过等离子处理的PDMS薄膜上，得到g
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C3N4/PDMS薄膜；其中，g
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C3N4纳米片水分散液的浓度为10～20mg/mL。4.根据权利要求1所述的一种柔性SERS薄膜的制备方法，其特征在于，Au@Ag球纳米通过以下过程制得：避光下，将柠檬酸钠溶液加入到氯金酸溶液中，加热搅拌，得到粉红色的纳米金胶体；向纳米金胶体中加入柠檬酸钠溶液、抗坏血酸溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪敏强，王俊揇，施金豆，张晨，周赟，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：