基于激光诱导激发表面等离子体制备金纳米球增强拉曼基底的制备方法技术

本发明专利技术揭示了一种制备表面增强拉曼活性基底的方法，可用于增强拉曼信号

【技术实现步骤摘要】
基于激光诱导激发表面等离子体制备金纳米球增强拉曼基底的制备方法


[0001]本专利技术属于纳米
和化学
，涉及一种金纳米球表面增强拉曼活性基底的制备方法
。
具体地，本专利技术涉及通过激光诱导激发表面等离子体技术制备金纳米球表面增强拉曼活性基底，可用于增强拉曼信号，属于纳米

。
同时，本专利技术还涉及通过金属
‑
介质
‑
金属
(MIM)
结构的介质层制备金纳米球表面增强拉曼活性基底的化学技术，属于化学

。

技术介绍

[0002]表面增强拉曼散射
(Surface
‑
Enhanced Raman Scattering
，
SERS)
技术是一种高灵敏度单分子光谱检测技术，其应用领域十分广泛，包括食品安全
、
化学分析
、
污染物检测和生物传感器等
。
在过去的几十年中，表面增强拉曼散射
(SERS)
技术已经得到广泛关注并逐渐成为研究热点，因为它具有高灵敏度
、
非破坏性
、
化学特异性和实时检测等优点
。
表面增强拉曼散射
(SERS)
的增强效果主要受两种因素的影响：基于表面等离子体共振的电磁场增强
(EM)
和基底与分子间电荷转移的化学增强
(CE)。
相比于化学增强，电磁场增强要强得多<br/>。
为了将
SERS
技术进一步应用于实际生产中，需要具有高稳定性和低成本的
SERS
基板
。
目前，针对
SERS
基板信号检测灵敏度提高的方法主要有两种：一种是利用能够提高
SERS
基板活性的材料，如贵金属与半导体的纳米复合材料；另一种是通过改变金属纳米结构的形状
、
尺寸和组合方式来提高
SERS
基板的活性
。
目前，相应的提高
SERS
信号制造
SERS
基板平台的方法高度依赖于昂贵的设备或更加严苛的条件和复杂的制造过程，以及高额的成本导致其存在很大的局限，几乎不可能大规模生产，这也是其商业化应用的主要障碍
。
[0003]近年来，表面等离子体技术得到了广泛的发展和应用，它利用纳米结构诱导表面等离子体共振的效应，进而增强
SERS
信号
。
以激发表面等离子体为目标的微纳米结构得益于理论数值模拟和分析方法的丰富发展，多种不同的微纳米结构被用于激发表面等离子体，在
SPP
各种激发方法中，一般最常用的激发方法是使用光栅，如用电子束光刻
(EBL)
和聚焦离子束
(FIB)
设计制造光栅结构
。
但遗憾的是，昂贵的设备和复杂的处理工艺不仅是一个巨大的挑战，也阻碍了它们的实际应用
。
[0004]表面等离子体波是被激发和存在于金属
‑
介质之间的一种特殊近场电磁波，是由入射光辐射时与金属表面自由电子相互作用产生，并且在金属
‑
介质之间的自由电子与电磁波电子振荡频率一致时产生电子集群振荡，从而进一步形成表面等离子体
(SPPs)。
许多科研人员和团队针对多种类型不同的金属层和介质层之间的特性，构建了许多新型的多纳米层结构光刻体系来实现多次多级放大传输表面等离子体波和倏逝波
。
[0005]具有孔高度有序排列的多孔阳极氧化铝
(Anodic Aluminum Oxide
，
AAO)
以其独特的纳米周期孔隙结构引起了人们广泛的兴趣，在酸性电解质溶液中对铝进行阳极氧化，会形成具有大量纳米级孔隙的多孔阳极氧化膜，重要的是在给定的酸性电解质溶液环境中施加适当电压进行阳极氧化的过程是自发有序的，极容易获得具有理想的光栅结构
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的之一在于提供一种金纳米球
/
单晶硅表面增强拉曼基底
。
[0007]本专利技术的目的之二在于提供一种基于
MIM(
金属
‑
介质
‑
金属
)
表面纳米制备技术的金纳米球
/
单晶硅表面增强拉曼基底的制备方法，以用于污染物检测
、
食品安全等领域
。
采用高度有序的
AAO
作为激发表面等离子体的中间介质层，在
AAO
正反表面溅射金层作为金属层，形成
MIM
结构的薄膜，通过激光波长与激发的表面等离子体波耦合传输制备具有纳米尺度的金纳米球
。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
[0009]一种基于
MIM
表面纳米制备技术的金纳米球
/
单晶硅表面增强拉曼基底，其特征在于，
MIM
结构具体为
AU
‑
AAO
‑
AU
，在
AAO
正反表面溅射金层作为金属层，形成
MIM
结构的薄膜
。
该基底以单晶硅为衬底，在硅表面上通过激光诱导激发表面等离子体制备纳米球，形成类球阵列结构；所述的金纳米球的球直径大部分范围在
80
～
140nm
，平均球直径在
100nm
，平均球间距
374nm。
[0010]一种基于
MIM
结构表面纳米制备技术的金纳米球
/
单晶硅表面增强拉曼基底的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：
[0011]a.MIM
结构制备
。
[0012]b.
金纳米球
/
单晶硅表面增强拉曼基底制备
。
[0013]制备上述
MIM
结构的具体步骤为：
[0014]a
‑
1.
将
99.99
％的高纯铝片在丙酮溶液中进行超声波清洗
20
分钟
。
[0015]a
‑
2.
将
a
‑1中所得铝片用蒸馏水清洗后，在浓度为
1mol/L
的
NaOH
溶液中浸泡
10min。
去除油脂和致密氧化膜，冲洗干净
。
[0016]a
‑
3.
在体积比为
4∶1
的无水乙醇和高氯酸的混合溶液中进行电化学抛光处理，在
21v
的电压下反应
5min
，得到表面平本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种金纳米球增强拉曼基底，其特征在于该基底以单晶硅为衬底，在硅表面上通过激光诱导激发表面等离子体制备纳米球，形成类球阵列结构；所述的金纳米球的球直径范围在
80
～
140nm
，平均球直径为
100nm
，平均球间距
374nm。2.
一种制备根据权利要求1所述的金纳米球增强拉曼基底的方法，其特征在于该方法的具体步骤为：
a.MIM
结构制备
b.
金纳米球
/
单晶硅表面增强拉曼基底制备
。3.
根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述的
MIM
结构的具体步骤为：
a
‑
1.
将
99.999
％的高纯铝片在丙酮溶液中进行超声波清洗
20
分钟
。a
‑
2.
将
a
‑1中所得铝片用蒸馏水清洗后，在浓度为
1mol/L
的
NaOH
溶液中浸泡
10min。
去除油脂和致密氧化膜，冲洗干净
。a
‑
3.
在体积比为
4∶1
的无水乙醇和高氯酸的混合溶液中进行电化学抛光处理，在
21v
的电压下反应
5min
，得到表面平整光滑的铝片
。a
‑
4.
第一次阳极氧化：用经过预处理的铝片在体积比为
4∶1
的
0.3mol/L
的草酸溶液
、0.02mol/L
硫酸和无水乙醇混合电解液中进行第一次阳极氧化，将阳极氧化电压直接从
0v
升至
75v
，将反应池温度降至
‑
5℃
并打开磁力搅拌器调整转速至
380r/min
，氧化
10
分钟
。a
‑
5.
去氧化膜：把
a
‑4第一次阳极氧化后的铝片浸没在
60℃
的
0.2mol/L
铬酸和
6wt
％磷酸混合溶液中4小时去除生成的氧化铝

【专利技术属性】
技术研发人员：赵静楠，罗思鹏，郭志全，王瑞珅，王星涵，
申请(专利权)人：天津科技大学，
类型：发明
国别省市：