一种曲面金属纳米复合结构的制造技术

本实用新型专利技术涉及一种金属纳米复合结构的

【技术实现步骤摘要】
一种曲面金属纳米复合结构的SERS基底


[0001]本技术涉及一种表面增强拉曼检测技术，具体的是一种曲面金属纳米复合结构的
SERS
基底
。

技术介绍

[0002]拉曼光谱是一种散射光谱，拉曼光谱分析法是基于印度科学家
Raman
所发现的拉曼散射效应衍生的光谱检测方法
。
对于某一特定分子，不同频率的光子与其作用时，散射光子的频率也会发生变化，但是它们与入射光子的频率差值是固定的，差值的大小取决于分子本身的结构
。
基于这一特性，每一种物质有自己的特征拉曼信号
。
因此，拉曼光谱是分子独有的化学“指纹”，能够用于确认化学品种类
。
表面增强拉曼散射
(Surface Enhanced Raman Scattering
，
SERS)
检测技术由于其高灵敏度
、
高精度
、
检测速度快等优点而被广泛应用于食品安全
、
生物制药
、
医疗检查和环境保护等领域的痕量检测中
。
拉曼光谱技术是一种简单且便捷的污水危害物检测方法，它的灵敏性和稳定性使污水危害物检测变得有效且快速
。
在进行有机污染物检测时，传统的检测方法一般不能吸附有机成分，因此检测能力有限，而拉曼光谱却能对有机污染物元素进行表面增强，从而使拉曼光谱能与其产生作用，实用性强
。
[0003]目前
SERS
技术应用于污水中有机氮化物的检测存在灵敏度低
、
效果差的问题，比如纳米粒子检测法，由于纳米粒子的制作工艺不完备，不能在低浓度的污水样本中准确检测出分子结构；比如乙酰胆碱酯酶检测法，对不同样本浓度的检测结果差异很大，无法完全确定危害物就是有机氮化物
。
为了更好地提高拉曼光谱检测系统的有机氮化物检测效果，一个重要的需求是设计灵敏度高
、
稳定性强的
SERS
基底
。
现有的
SERS
基底，具有时效性低
、
灵敏度弱以及结构单一等缺点，增强的电场所导致的
SERS
强度十分有限，难以满足更低浓度检测的需求
。

技术实现思路

[0004]本技术的目的是提供一种曲面金属纳米复合结构的
SERS
基底，对传统
SERS
基底改进，从而实现污水中有机氮化物的检测，并且提高检测极限和稳定性
。
[0005]为实现上述目的，本技术所采用的技术方案是：
[0006]一种曲面金属纳米复合结构的
SERS
基底，其特征在于，所述的基底包括：曲面支撑衬底；钛薄膜，设置在所述曲面支撑衬底的一侧；金属薄膜层，设置在所述钛薄膜远离支撑衬底的一侧；掺杂了介电增强材料的
PMMA
薄膜层，设置在所述金属薄膜层远离所述钛薄膜的一侧；金属纳米立方体颗粒，设置在所述
PMMA
薄膜层远离所述金属薄膜层的一侧
。
[0007]进一步，所述的曲面支撑衬底的材料是硅基材料，所述硅基材料包括单晶硅
、
多晶硅
、
二氧化硅或硅基复合材料
。
硅含量非常丰富，因此硅基材料成本低廉；硅基材料具有高透过率和低吸收率的特点，能够传递光线并减少能量损失
。
[0008]进一步，所述的钛薄膜的厚度为
10
‑
50nm
，用于提高金属薄膜与支撑衬底间的粘合
度
。
[0009]进一步，所述的金属薄膜层的厚度为
20
‑
100nm
，材料是
Ag
或
Au。
两种贵金属的介电损耗小，其纳米颗粒可以产生较强的表面等离子体共振效应，进一步提高该
SERS
基底的电场增强效应，提高检测拉曼光谱的灵敏度
。
[0010]进一步，所述的
PMMA
薄膜层的厚度为
20
‑
100nm
，光入射时会激发金属薄膜与
PMMA
薄膜层分界面的传播表面等离激元
。
[0011]进一步，所述的
PMMA
层上的介电增强材料为
MgO
陶瓷材料，热学稳定性和化学稳定性优越，具有很高的熔点并且不易侵蚀；并且具有较高的介电常数，从而提高了折射率
。
[0012]进一步，所述的金属纳米立方体颗粒的大小为2‑
10nm
，采用热蒸发的方法在
PMMA
薄膜层上沉积不同大小的金属纳米立方体颗粒，通过调整沉积时间可以调整金属纳米立方体颗粒的大小，沉积时间在5‑
15min
之间
。
[0013]本技术的原理在于：当
TM
偏振光正入射
PMMA
间隔的金属纳米立方体颗粒与金属薄膜复合结构表面时，将激发金属纳米立方体颗粒周围的局域表面等离子体，局域表面等离子体散射到金属薄膜上，从而激发
PMMA
薄膜和金属薄膜界面的传播表面等离子体，传播表面等离子与局域表面等离子体相互作用，可以增强光与物质的相互作用
。
同时由于
SERS
基底的曲面特殊结构，曲面结构表面的顶部和边缘处形成的局部电场比较强，可以增强金属纳米颗粒之间的相互作用；曲面结构表面还可以产生更多的“热点”区域，这些“热点”可以在
SERS
测量中起到局部电磁场增强的作用，进而提高
SERS
信号的灵敏度
。
因此，曲面金属纳米复合结构的
SERS
基底可以产生很强的
SERS
信号，提高检测极限，实现污水中特定物质的检测
。
[0014]本技术的一种曲面金属纳米复合结构的
SERS
基底，优点如下：
[0015](1)
高灵敏：曲面金属纳米复合结构的
SERS
基底，由于局域表面等离子体和传播表面等离子体的激发和强共振耦合，加上曲面的特殊结构产生的表面积增大和局域电场增强，导致了很高的电场增强，可以用于污水中有机氮化物的低浓度检测
。
[0016](2)
易操作
:
曲面金属纳米复合结构的
SERS
基底，采用磁控溅射法制备钛薄膜和金属薄膜，采用低压化学沉积的方法制备
PMMA
薄膜，采用热蒸发的方法制备金属纳米立方体颗粒
。
附图说明
[0017]图1是本技术一示例性的波浪形金属纳米复合结构的
SERS
基底示意图
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种金属纳米复合结构的
SERS
基底，其特征在于，所述
SERS
基底包括：曲面支撑衬底；钛薄膜，设置在所述曲面支撑衬底的一侧；金属薄膜层，设置在所述钛薄膜远离支撑衬底的一侧；掺杂介电增强材料的
PMMA
薄膜层，设置在所述金属薄膜层远离所述钛薄膜的一侧；金属纳米立方体颗粒，设置在所述
PMMA
薄膜层远离所述金属薄膜层的一侧
。2.
根据权利要求1所述的金属纳米复合结构的
SERS
基底，其特征在于，所述的支撑衬底的材料是硅基材料，所述硅基材料包括单晶硅
、
多晶硅
、
二氧化硅或硅基复合材料
。3.
根据权利要求1所述的金属纳米复合结构的
SERS
基底，其特征在于，所述的钛薄膜的厚度为
10
‑
50nm。4.
根据权利要求1所述的金属纳米复合结构的
SERS
基底，其特征在于，所述金属薄膜层的厚度为
20

【专利技术属性】
技术研发人员：金晶，程旭东，周云，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：新型
国别省市：