基于自组装和磁控溅射技术的高性能SERS基底制备及性能研究

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基于光子的弹性散射,拉曼光谱由于其独特的指纹光谱常用于鉴定各种化学品和生物分子。然而,传统的拉曼光谱由于受到小散射横截面的限制,导致信号强度极小以及检测灵敏度极差。这些缺点在很长一段时间内阻碍了拉曼光谱在现实生活中的应用。表面增强拉曼散射(SERS)技术的出现使得拉曼光谱检测的灵敏度呈几何倍数增长,甚至达到单分子检测水平,极大地推动了拉曼检测技术的应用进程。本文着重介绍了通过不同纳米粒子的制备及其自组装以及通过磁控溅射技术和置换法结合制备出高性能SERS基底,并评价了不同SERS基底的对不同探针分子(包括丙三醇、罗丹明6G、5CB)的增强因子以及不同SERS基底的可重复性。主要内容如下:(1)制备不同粒径金银纳米粒子。通过柠檬酸钠还原硝酸银和氯金酸制备出不同形貌的金银纳米粒子,并通过调节还原剂的浓度、硝酸银和氯金酸浓度以及二者的体积配比,配合紫外吸收光谱及SEM找出制备目标粒径的条件:当硝酸银浓度为10-3mol/L,柠檬酸钠质量分数为1%时,柠檬酸钠加入量为6-8ml效果最佳,此时银纳米粒子粒径在50nm左右且分布均匀;当在质量分数为0.01%氯金酸溶液中加入质量分数为1%的柠檬酸钠时,加入10ml的柠檬酸钠制备出的金纳米粒子整体形貌最好。此时金纳米粒子粒径在30nm左右,且粒子几乎全为球形,大小均一。(2)金银纳米粒子的自组装。使用硅烷偶联剂APTMS对洁净的硅片表面进行修饰,通过在不同浓度的金银纳米溶胶中浸泡的方式自组装形成颗粒分布均匀的表面增强拉曼散射基底。通过SEM和AFM的检测发现:通过自组装纳米粒子在硅片表面形成整齐排列。SERS结果测试表明:对罗丹明的检测限达到10-11mol/L,对丙三醇的增强因子达到104数量级。(3)结合磁控溅射镀膜法和金属置换法制备高性能SERS基底。利用磁控溅射仪单靶溅射和双靶混合溅射先在玻片表面分别形成锌薄膜和锌银合金薄膜,然后通过电化学法置换法分别制备出表面覆盖金纳米粒子和金银合金纳米粒子的SERS活性基底。实验表明:通过这种复合方法制备出的SERS基底颗粒分布比较均匀,可重复性高,且对多种探针分子都有增强效应。
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