[發明專利]一種SERS基底材料及其熱點激發方法與表征

有效

• 申請號: 201410502575.3
• 申請日: 2014-09-26
• 公開（公告）號: CN104297224B
• 公開（公告）日: 2016-11-30
• 發明（設計）人: 何璇;王慧;張祺
• 申請（專利權）人: 中國工程物理研究院化工材料研究所
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;B81C1/00;B82Y40/00
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所 51213
• 代理人: 伍孝慈

技術領域

本發明涉及一種SERS基底材料，特別是一種可以在表面上產生增強拉曼效應激發“熱點”的SERS基底材料及在瞬態過程中通過對其“熱點”的激發而產生極強表面增強拉曼效應的方法和對瞬態過程中出現的表面增強拉曼效應的表征。?

背景技術

拉曼光譜是一種散射光譜，源于分子振動與轉動，從拉曼光譜中可以得到分子振動能級與轉動能級結構信息,從而推斷出分子的結構與組成。拉曼光譜檢測主要具有以下優點：(1)能在分子水平上直接得到基團和化學鍵的信息以及微環境對樣品結構的影響；(2)是一種無損檢測方法；(3)可用于水溶液體系,特別適合于生物樣品的研究。基于以上優點激光拉曼光譜技術在分析測試領域具有獨特的優勢。然而,常規拉曼光譜的信號強度很低，限制了其在各個領域的應用。表面增強拉曼光譜(Surface-enhanced?Raman?scattering，SERS)技術的發展，可以使分子的拉曼信號增強10⁶倍以上,極大地拓展了拉曼光譜的應用范圍。SERS的增強機理主要包括物理增強和化學增強兩方面。其中，通常認為物理增強的SERS效應主要由表面等離子體共振(Surface?plasmon?resonance，SPR)導致的電磁場增強引起，SPR主要存在于納米級尺度的金屬表面，是一種局域化的電子集體振蕩。由于SPR可以極大地增強局域電場，從最早的粗糙銀電極到現在的金屬納米粒子均是利用SPR效應激勵SERS。然而，盡管SERS技術取得很好的發展，金屬基體制備也日趨成熟，但是也存在一個問題：一般高增強因子的金屬基體的制備過程比較復雜，要求活性基體形貌必須大尺度均一穩定，且單一納米形貌的尺寸在納米量級，甚至幾個納米量級時，才能產生強的局域電磁?場，從而引發強的SERS效應，然而，普通實驗條件不易操作與調控，難以合成幾個納米量級且結構均一的金屬納米材料。近年來，隨著電子信息技術的發展，光刻技術成為制備SERS基底，構建納米陣列的一種重要方法，但是，光刻技術成本較高，無法大批量獲得大尺度的SERS基底，間接導致了其在SERS技術的實際應用中沒有強烈的推進作用。近年來，還出現了通過制備簡單易得的溫敏材料或者磁性材料的陣列作為SERS基底，在SERS檢測過程中通過微調溫度，或者附加外部磁力，使這些材料在溫度、磁場等的作用下發生瞬間的形變，從而產生一個比原結構微小的納米結構，即為“熱點”，“熱點”處產生瞬態局域電場，引發更強的SERS效應。然而，以溫度改變的方式引發“熱點”結構，對外加溫控設備要求嚴格，以防止損壞儀器或基底，而外加磁場，則要求基底材料為磁性體，對材料有了限制，不利于方法推廣。?

美國“9.11”事件發生以來，世界范圍內的恐怖分子利用隱藏爆炸物進行訛詐、劫機，制造機毀人亡、火車爆炸等恐怖悲慘事件頻繁發生，造成大量人員傷亡和巨大的財產損失，嚴重威脅了人們的正常生活。為了把爆炸恐怖活動遏制在未遂狀態，人們把目光更多地投注在依靠科技手段對爆炸物的探測和識別上。其中，在爆炸物事件中出現的21種化合物，都含有TNT等硝基化合物，美國環境保護局(Environmental?Protection?Agency，EPA)研究發現以TNT為代表的多硝基芳香類物質都可能有致癌作用。若不加以處理，任其流入河流、湖泊、土壤，將對生命體產生巨大危害。此外，TNT等硝基化合物熔點較低，容易發生固體升華遷移，在貯存和運輸中受環境影響較大，常需要進行狀態實時監測。據此，炸藥的檢測不僅與反恐事業緊密關聯，在環境保護、醫學、軍事領域也有同樣重大深遠的研究意義。?

目前，針對TNT等炸藥的檢測技術大都存在一些缺點，無法完全達到預期?效果，滿足實際工作中對炸藥檢測的需求。因此，發展高靈敏，快響應，痕量無損的炸藥探測技術，顯得尤為重要。?

發明內容

本發明的目的在于解決上述現有技術的缺陷，提供一種工藝穩定、靈敏度高、選擇性好的超靈敏表面增強拉曼“熱點”的激發方法，以及能產生這種表面增強拉曼效應“熱點”的基底材料及該激發方法的表征手段，以滿足痕量炸藥檢測的表面增強拉曼效應芯片的構建及應用。本發明主要通過1)復合材料的構建：即制備纖長柔韌的半導體-貴金屬的雜化復合材料作為基底材料，其具有特殊的表面納米結構；2)利用溶劑揮發時引發的強毛細效應使得復合材料表面納米尺度的結構在溶劑揮發的瞬態過程中產生聚攏，從而在檢測時形成更強的局域電場等技術手段來實現上述目的，具體的技術方案包括：?