[發明專利]基于碳納米管陣列和金屬納米顆粒的表面增強拉曼散射活性基底

無效

• 申請號: 201210004276.8
• 申請日: 2012-01-09
• 公開（公告）號: CN102530828A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 張潔;王寧;陳俞霖;韋瑋;朱永
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: B81B7/04
• 分類號: B81B7/04;B81C1/00;G01N21/65
• 代理公司: 重慶華科專利事務所 50123
• 代理人: 康海燕

技術領域

本發明屬于納米光子學領域，具體涉及表面增強拉曼散射光譜技術。

背景技術

拉曼散射是光子發生的一種非彈性散射現象。一束光照射在物質上，光子會被構成該物質的原子或分子散射，其中絕大部分的散射光子會以原有的頻率能量散射出去，這部分散射屬于彈性散射，即散射光是與激發光波長相同的成分，稱為瑞利散射。但是會有小部分散射光子的能量或變大或變小，即散射光有比激發光波長長的和短的成分（大約有占總散射光的10^-10-10^-6的散射），這種散射屬于非彈性散射，稱為拉曼散射。拉曼散射反映的是分子的振動、轉動或電子態能量的變化。因此，根據光子頻率變化就可以判斷出分子中所含有的化學鍵或基團，從而鑒別物質，分析物質的性質。

但是，拉曼散射的散射面積小，信號微弱，難用于單分子檢測。

表面增強拉曼散射光譜（SERS）是指粗糙的貴金屬表面在外界電磁場激發下會放大增強吸附在其表面的分子拉曼散射光譜信號的一種現象。與普通拉曼散射信號相比，表面增強拉曼散射信號的強度最高可以到放大10¹⁴-10¹⁵，靈敏度高，足以滿足單分子拉曼散射信號的探測。

為了獲得對單分子拉曼散射信號的高靈敏度探測，表面增強拉曼散射活性基底應具備：（1）足夠大的表面積，以吸收更多的分子，增強拉曼信號；（2）足夠多的金屬納米結構，以增強局部電場，從而增強拉曼散射信號。傳統的SERS基底是利用純金屬納米結構，特別是Ag，Au的各種形貌如納米顆粒，納米管線，納米棒，納米薄膜，納米管，納米球等。最近，納米材料的混合結構——絕緣材料為核，金屬納米顆粒為殼的結構，引起越來越多的關注。例如：利用ZnO的納米陣列和納米棒，SiO2納米光纖和納米棒，Si納米線，Ga2O3納米線，TiO2納米陣列以及聚合體等作為模板來制作混合納米結構。傳統上通常采用電化學粗糙金屬薄膜，沉積粗糙金屬薄膜在冷/熱基底上，噴金屬膠體在基底上，平版印刷技術制備納米結構，多孔陽極氧化鋁（AAO）模板法。但是，制備的活性基底差不多是平面的，表面積有限。

為了吸附更多的物質分子，碳納米管被提出來。碳納米管具有表面積大，更穩定，易于大面積合成，且制備成本低廉的優點。2010年，清華大學姜開利教授研究組報道了利用排列規則的碳納米管薄膜一維納米結構作為SERS基底。

發明內容

本發明的目的正是為了解決表面增強拉曼散射活性基底表面積小的問題，提出的一種基于碳納米管陣列和金屬納米顆粒的表面增強拉曼散射活性基底的新方法，由于碳納米管陣列垂直生長，可吸附更多的納米顆粒，表面積更大。

本發明采用以下技術方案來實現：

本發明提出的基于碳納米管陣列和金屬納米顆粒的表面增強拉曼散射活性基底，其包括硅基底、催化層、碳納米管陣列和金屬納米顆粒，所述催化層通過濺射沉積在硅基底上，所述碳納米管陣列沉積在催化層上，所述金屬納米顆粒沉積在碳納米管陣列上。金屬一般是金銀銅等貴金屬。

制備以上基底的方法是首先在硅片上沉積一層金屬作為催化劑；采用化學氣相沉積方法，通入碳源氣反應，長出碳納米管陣列。然后通過電鍍/化學沉積等方法將金屬納米顆粒沉積在碳納米管陣列表面，從而實現表面增強拉曼散射活性基底制作。

待測分子吸附在所述活性基底上，在激勵光源的照射下，在所述活性基底表面產生的局域電磁場將被增強，由于拉曼散射強度與分子所處光電場強度的平方成正比，因此極大地增加了吸附在表面的分子產生拉曼散射的幾率，使表面吸附分子的拉曼散射信號顯著增強。

本發明得到的表面增強拉曼散射活性基底具有吸附物質分子表面積大，制作簡單，成本低，無污染等優點。首先，碳納米管陣列作為金屬納米顆粒附著的媒質，具有新穎性，表面積大；再者，碳納米管陣列直徑、長度利用現有的方法可控；第三，碳納米管陣列制備成本低廉，無污染。這樣本發明從理論上、實現可行性上都將對表面拉曼散射光譜的應用提供一種新的活性基底方法。

附圖說明

圖1是基于碳納米管陣列和金屬納米顆粒的表面增強拉曼散射活性基底；

圖2是本發明的活性基底中碳納米管陣列和金屬納米顆粒平面位置示意圖；

圖3是本發明在表面增強拉曼散射光譜應用中的原理示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步闡述：