[發(fā)明專利]基于石墨烯與納米金復(fù)合的表面拉曼及紅外光譜雙增強(qiáng)探測方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610281215.4
• 申請日: 2016-04-29
• 公開（公告）號: CN105699358B
• 公開（公告）日: 2018-08-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韋瑋;農(nóng)金鵬;張桂穩(wěn);蔣肖;陳娜
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶大學(xué)
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01N21/35;B82Y30/00
• 代理公司: 重慶華科專利事務(wù)所 50123
• 代理人: 康海燕

1.基于石墨烯與納米金復(fù)合的表面拉曼及紅外光譜雙增強(qiáng)探測裝置，其特征在于：所述裝置包括紅外光源、激光光源、合束鏡、聚焦透鏡、石墨烯納米帶與納米金顆粒復(fù)合基底、紅外傅里葉光譜儀和拉曼光譜儀；

所述合束鏡設(shè)置在紅外光源和激光光源的光路上，兩束光經(jīng)合束鏡后照射到石墨烯納米帶與納米金顆粒復(fù)合基底上，兩個聚焦透鏡分別位于石墨烯納米帶與納米金顆粒復(fù)合基底的反射光和散射光路徑上，反射光經(jīng)聚焦透鏡匯聚進(jìn)入紅外傅里葉光譜儀，散射光則被聚焦透鏡匯聚進(jìn)入拉曼光譜儀；本探測裝置中紅外光源和激光光源分別發(fā)出的紅外光波和可見光波經(jīng)合束鏡后照射到石墨烯納米帶與納米金顆粒復(fù)合基底上，與基底上吸附的痕量分子相互作用后，反射光經(jīng)聚焦透鏡匯聚到紅外傅里葉光譜儀上，散射光則被聚焦透鏡匯聚到拉曼光譜儀上，根據(jù)所探測得到的光譜信號可實(shí)現(xiàn)對痕量分子振動信號的檢測；

所述石墨烯納米帶與納米金顆粒復(fù)合基底包括石墨烯納米帶、絕緣介質(zhì)層、納米金顆粒、紅外材料襯底和金屬反射電極層；所述金屬反射電極層在紅外材料襯底之下，所述石墨烯納米帶在紅外材料襯底上，在石墨烯納米帶與金屬反射電極層之間有連接導(dǎo)線，對石墨烯表面電導(dǎo)率進(jìn)行調(diào)節(jié)，將石墨烯表面等離子體諧振頻率調(diào)諧到與痕量分子的振動頻率調(diào)相一致，提高分子與光的相互作用，從而增強(qiáng)痕量分子的紅外光譜信號；所述石墨烯納米帶上有一層絕緣介質(zhì)層，絕緣介質(zhì)層的厚度小于5nm，用于阻隔石墨烯和金納米顆粒的直接接觸；所述金納米顆粒沉積在絕緣介質(zhì)層上，金納米顆粒提供拉曼光譜增強(qiáng)所需要的表面等離子體共振局域電場，從而增強(qiáng)拉曼散射信號；

在石墨烯納米帶與金屬反射電極層之間施加0～60V的外界電壓，但電壓不等于0，對石墨烯表面等離子體諧振峰在8～12μm紅外范圍內(nèi)的動態(tài)調(diào)節(jié)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測裝置，其特征在于：所述石墨烯納米帶為單層，其厚度為0.34nm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測裝置，其特征在于：所述納米金顆粒的直徑為20nm～400nm，所述的紅外襯底材料為硅、氟化鈣。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的探測裝置，其特征在于：所述絕緣介質(zhì)層為二氧化硅或氮化硼薄膜層，其厚度小于2nm。

5.利用權(quán)利要求1-4之任一項(xiàng)所述的探測裝置進(jìn)行表面拉曼及紅外光譜雙增強(qiáng)的探測方法，其特征在于：探測裝置的紅外光源發(fā)出的紅外光經(jīng)過準(zhǔn)直后與激光光源發(fā)出的可見光在合束鏡處匯合，復(fù)合光照射到石墨烯納米帶與納米金顆粒復(fù)合基底上，與待測痕量分子相互作用；共振條件下，入射可見光激發(fā)基底上納米金顆粒的局域表面等離子體共振，產(chǎn)生的局域電磁場增強(qiáng)入射光與基底表面的痕量分子作用，并將能量傳遞給痕量分子，從而極大增強(qiáng)痕量分子的拉曼散射信號，拉曼散射信號經(jīng)聚焦透鏡匯聚在拉曼光譜儀上即可得到痕量分子的拉曼光譜信息；同時，在石墨烯納米帶上激發(fā)石墨烯表面等離子體波，通過調(diào)制器件的外部電壓，當(dāng)石墨烯表面等離子體的耦合諧振頻率和痕量分子的振動頻率一致時，被測分子周圍單位空間內(nèi)的電磁場強(qiáng)度達(dá)到最強(qiáng)，極大地增強(qiáng)石墨烯表面附近痕量分子與光的相互作用，表現(xiàn)為痕量分子對該頻率的入射紅外光的強(qiáng)烈吸收，最后反射光匯聚到紅外傅里葉光譜儀上，從而得到痕量分子的紅外光譜振動信息。

6.利用權(quán)利要求5所述的表面拉曼及紅外光譜雙增強(qiáng)的探測方法，其特征在于：當(dāng)不同衍射級次的波矢滿足石墨烯表面等離子體模式的色散關(guān)系式

石墨烯表面等離激元被有效激發(fā)，從而在石墨烯表面形成很強(qiáng)的局域電磁場，增加其表面附近痕量分子與光的相互作用，其中q(ω)為石墨烯表面等離子體波的波矢，n*2π/l為納米結(jié)構(gòu)倒格矢，n為整數(shù)。