[發明專利]一種自組裝球型陣列的SERS基底及制備方法

無效

• 申請號: 201410133245.1
• 申請日: 2014-04-03
• 公開（公告）號: CN103938158A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 李康;徐宗偉;房豐洲;林楓;劉婷;李云濤
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: C23C14/14
• 分類號: C23C14/14;C23C14/02;G01N21/65;B82Y40/00
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 程毓英

技術領域

本發明涉及一種微納加工方法，更具體而言，涉及一種納米球自組裝技術制備SERS基底的微納加工方法，該方法可用于化學分析檢測、生物傳感器等領域。

背景技術

表面增強拉曼散射技術是一種非接觸式的能夠提供待測物單分子水平信息的無損檢測技術，并且隨著局域表面等離子體共振（LSPR）現象的發現和研究得到了快速展開和發展。但到了近幾十年，SERS技術在實際生活中的應用沒有得到應有的推廣。究其原因，其中一個很大的限制因素就是SERS活性基底制備的繁瑣工序和昂貴的成本問題，而且基底制備時對設備的高要求也進一步阻礙了這一特征技術的應用和推廣。

與此同時，真空蒸鍍技術由于其很高的精密度和易實現等優點，已經在微納加工領域得到了非常廣泛的應用。而真空蒸鍍貴金屬的方法在氣相沉積過程中會在平整基片上出現微小的間隙和顆粒，尺寸在1nm-10nm范圍內，完全符合SERS基底理想電磁增強的形成條件。但目前的SERS基底制備方法并沒有充分利用這種特性。

發明內容

本發明的目的在于，克服現有SERS基底制備過程中工藝繁瑣、成本高昂等問題，提供一種具有效、簡便的SERS基底制備方法，同時利用本發明提出的方法制備的SERS基底，利用了蒸鍍過程中形成的顆粒和間隙結構，具有顯著的SERS增強效果。本發明的技術方案如下：

一種自組裝球型陣列的SERS基底，在經過清洗和親水性改性處理的基片上設置有一層密排列的納米微球陣列作為SERS基底的支撐層，再在支撐層上蒸鍍一層活性貴金屬層薄膜。

其中，納米微球可為聚苯乙烯或二氧化硅納米微球。所述的基片可由單晶硅、多晶硅、二氧化硅、氮化硅或鉻材料制成。所述活性層貴族金屬為金、銀、銅、鉻貴族金屬。

本發明給出了上述SERS基底的制備方法，包括下列步驟：

（1）配制食人魚洗液及氨水和過氧化氫的混合溶液；

（2）配制一定濃度的納米球溶液；

（3）將基片先后浸入食人魚洗液及氨水和過氧化氫的混合溶液進行超聲處理，去除Si片表面有機物的殘留的同時使其有極好的親水性；

（4）移取配制好的納米球溶液垂直滴在基片上，待自然風干，使納米球發生自組裝，溶液蒸發后形成緊密排列的納米微球陣列，以此作為SERS基底的支撐層；

（5）在支撐層上蒸鍍貴族金屬薄膜。

作為優選實施方式，按照98%濃H₂SO₄：30%H₂O₂=3：1的體積比配制食人魚洗液，按照H₂O:NH₄OH:30%H₂O₂=5:1:1的體積比配制氨水和過氧化氫的混合溶液。步驟（2）中，納米球溶液的濃度選擇范圍為w/v=0.05%-5%，納米球為聚苯乙烯或二氧化硅納米微球。所述的基片由單晶硅、多晶硅、二氧化硅、氮化硅或鉻材料制成。步驟（5）中活性貴金屬層的蒸鍍方法采用離子真空蒸發鍍膜法、磁控濺射法、電子束蒸發或熱蒸鍍方法，具體可采用的方法為：將完成自組裝的基片放入離子蒸發鍍膜設備，控制真空度范圍1×10^-2mbar-2×10^-2mbar、離子電流強度范圍為1mA-10mA和控制鍍膜時間，在基片上蒸鍍貴族金屬薄膜。

本發明的有益效果如下：

本發明提出的自組裝球型陣列SERS基底及制備方法，與現有的SERS基底制備技術相比，具有以下顯著的優勢：

首先，這種方法不需要引入復雜、高成本的微納加工方法，例如氧離子刻蝕、離子束刻蝕等新進微納加工工藝，降低了對制備設備的要求；同時，納米球自組裝過程為自發形成，只需要控制基本外部環境條件，過程簡便易行。這樣可以大幅度簡化SERS基底的制備的工藝流程，對設備要求底，從而有效降低成本，為SERS基底的范圍推廣和實際應用提供更大可能性。

其次，本發明利用納米球自組裝形成的球型陣列表面結構，能夠突出反映貴族金屬蒸鍍過程中形成的顆粒和間隙結構。蒸鍍過程中貴金屬顆粒在納米球表面的沉積和生長，能夠使基底表面達到理想的粗糙度，最終反映在提供優良的拉曼散射增強效果，即在節省成本的同時能夠提供非常良好的拉曼活性。

附圖說明

圖1為納米球自組裝技術制備球型陣列SERS基底的基本原理圖，其中：（a）基片上納米微球自組裝過程（b）自組裝形成支撐結構（b）密排微球表面進行鍍膜