[發明專利]一種制備表面增強紅外光譜銀基底的方法

有效

• 申請號: 201310749621.5
• 申請日: 2013-12-31
• 公開（公告）號: CN103710686A
• 公開（公告）日: 2014-04-09
• 發明（設計）人: 鄭軍偉;閆月榮;馬娟;周群;李曉偉;張艷青;李雙雙;褚文婭;趙偉
• 申請（專利權）人: 蘇州大學
• 主分類號: C23C18/42
• 分類號: C23C18/42;G01N21/35
• 代理公司: 蘇州創元專利商標事務所有限公司 32103
• 代理人: 陶海鋒

技術領域

本發明屬于表面增強紅外光譜技術領域，具體涉及一種表面增強紅外光譜銀基底的制備方法。

背景技術

紅外光譜和拉曼光譜一樣同屬于分子振動光譜，可以反映分子的特征結構。但是拉曼散射效應是個非常弱的過程，一般其光強僅約為入射光強的10^-10，所以拉曼信號都很弱，要對表面吸附物種進行拉曼光譜研究幾乎都要利用某種增強效應。基于表面增強拉曼光譜的研究雖然可以提供結構信息，但是受共振條件的限制，只能給出分子基團結構變化的信息。而紅外光譜可以提供整個化學分子的振動情況，得到分子在不同狀態下結構變化的信息，且紅外光對樣品沒有損傷，是研究分子結構變化的重要手段之一。但是，傳統的紅外光譜檢測樣品需要量大，并很難得到單層分子的紅外振動變化。

當分子吸附在粗糙的金屬顆粒表面上，紅外吸收信號得到10～1000倍的顯著增強，這種現象被稱為表面增強紅外吸收效應?(Surface-enhanced?infrared?absorption?effect,?SEIRA)。基于表面增強紅外吸收效應的表面增強紅外光譜技術具有表面靈敏度高，能夠檢測到紅外吸收的變化在10^-6數量級；表面選擇定則簡單，便于分子吸附取向；不受傳質阻力限制的優點，在分析應用方面具有很大的應用價值。

SEIRA?可以在Au、Ag和Cu的表面和幾乎所有過渡金屬表面獲得增強效應，應用表面增強紅外光譜的關鍵技術是制備合適的基底。基底存在于載體之上，傳統的SEIRA基底的制備通常用物理蒸渡的方法，這種方法耗時且對設備的真空度要求高。

Van?Duyne等人在云母、硅、鍺載體上利用平板印刷法制備了納米級銀粒子的周期性陣列作為基底，但是每個金屬單元都沒有值得注意的增強；Jun?Zhao等人通過電子束刻蝕多種載體上設計出開口環狀金的有序陣列作為基底；Thomas?Taubner等人用標準的光蝕刻氟化鈣（CaF₂）載體上構筑出金的條狀柵欄做SEIRA基底（參見：Christy?L.?Haynes?and?Richard?P.?Van?Duyne.?Nanosphere?Lithography:?A?Versatile?Nanofabrication?Tool?for?Studies?of?Size-Dependent?Nanoparticle?Optics.?J.?Phys.?Chem.?B?2001,?105,?5599-5611；Stefano?Cataldo,?Jun?Zhao,Frank?Neubrech,Bettina?Frank,Chunjie?Zhang,Paul?V.?Braun,andHarald?Giessen.?Hole-Mask?Colloidal?Nanolithography?for?Large-Area?Low-Cost?Metamaterials?and?Antenna-Assisted?Surface-Enhanced?Infrared?Absorption?Substrates.?CATALDO?ET?AL.?2012,6?(1):?979–985；Tao?Wang,?Vu?Hoa?Nguyen,?Andreas?Buchenauer,?Uwe?Schnakenberg,?and?Thomas?Taubner.?Surface?enhanced?infrared?spectroscopy?with?gold?strip?gratings.?Optics?Express?2013,21(7):9005-9010）；雖然以上基底具有高的可重現性和多樣性，但是制備成本高、時間很長，不適合工業化應用。

SEIRA的增強與基底的性質有著極大的關系，基底的形貌、各組成部分之間的距離等因素對SEIRA起重要作用，通常認為增強顯著的基底由聚集體，比如金屬島狀薄膜組成，聚集體是非連續的，并且構成聚集體的顆粒的尺寸小于入射光的波長，為納米級；比如Osawa公開的SEIRA電極為沉積在紅外窗口反射面上的10～100nm的金屬或其合金薄膜（參見：Osawa?M.?Dynamic?processes?in?electrochemical?reactions?studied?by?surface?enhanced?infrared?absorption?spectroscopy?(SEIRAS).?Bulletin?of?the?Chemical?Society?of?Japan,?1997,?70(12):?2861-2880）。