[發明專利]一種用于拉曼光譜表征的局域電磁場增強器件及其制備方法、應用和使用方法

在審

• 申請號: 201711482690.9
• 申請日: 2017-12-29
• 公開（公告）號: CN108226133A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發明（設計）人: 何石軒;王德強;謝婉誼;方紹熙;周碩;周大明;唐鵬;梁麗媛;石彪;王赟姣;殷博華
• 申請（專利權）人: 中國科學院重慶綠色智能技術研究院
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65;G01Q80/00
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

1.一種用于拉曼光譜表征的局域電磁場增強器件，其特征在于，包括復合金屬納米孔陣列襯底和原子力顯微鏡探針；所述復合金屬納米孔陣列襯底自下而上依次由硬質基底、鉻層、金層、上表面包覆金膜的銀層組成，所述納米孔陣列設置于銀層和金層上，且納米孔垂直深度小于銀層和金層的厚度之和，納米孔孔壁包覆有金膜；所述原子力顯微鏡探針表面包覆有銀膜，探針針尖表面具有條紋。

2.根據權利要求1所述的一種用于拉曼光譜表征的局域電磁場增強器件，其特征在于，所述硬質基底為硅片或玻璃片。

3.根據權利要求1所述的一種用于拉曼光譜表征的局域電磁場增強器件，其特征在于，所述鉻層的厚度為2-3nm，金層的厚度為50-100nm，銀層的厚度為20-50nm，銀膜的厚度為10-20nm。

4.根據權利要求1所述的一種用于拉曼光譜表征的局域電磁場增強器件，其特征在于，所述納米孔陣列中納米孔孔徑為50-100nm，周期為100-200nm。

5.根據權利要求1所述的一種用于拉曼光譜表征的局域電磁場增強器件，其特征在于，所述銀膜的材料為摻雜且晶格不規則的銀材料。

6.根據權利要求1所述的一種用于拉曼光譜表征的局域電磁場增強器件，其特征在于，所述探針針尖處曲率半徑小于30nm。

7.權利要求1-6任一項所述的一種用于拉曼光譜表征的局域電磁場增強器件的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

(1)制備復合金屬納米孔陣列襯底

將硬質基底清洗干凈后，自下而上依次沉積鉻層、金層和銀層，然后利用聚焦離子束刻蝕技術首先刻蝕銀層，刻蝕過程中濺射出的銀原子重新沉積在銀層未被刻蝕的地方，待所述銀層被刻穿后，開始刻蝕金層，刻蝕過程中濺射出的金原子重新沉積在銀層未被刻蝕的地方和經刻蝕所形成的納米孔的孔壁上，至銀層未被刻蝕的地方和經刻蝕所形成的納米孔的孔壁被濺射出的金原子完全覆蓋且納米孔垂直深度小于銀層和金層的厚度之和，制得復合金屬納米孔陣列襯底；

(2)制備針尖

將原子力顯微鏡探針清洗干凈后，在探針表面沉積銀膜，然后利用聚焦離子束刻蝕技術對探針針尖進行處理，使針尖表面具有條紋。

8.根據權利要求7所述的制備方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟：

(1)制備復合金屬納米孔陣列襯底

利用等離子體清洗機或化學方法將硬質基底清洗干凈后，采用磁控濺射或真空蒸鍍技術自下而上依次沉積鉻層、金層和銀層，然后利用聚焦離子束刻蝕技術，采用鎵源，選用15μm光闌，在束流小于5pA，聚焦離子束劑量為0.02-0.1nC/μm²條件下，首先刻蝕銀層，刻蝕過程中濺射出的銀原子重新沉積在銀層未被刻蝕的地方，待所述銀層被刻穿后，開始刻蝕金層，刻蝕過程中濺射出的金原子重新沉積在銀層未被刻蝕的地方和經刻蝕所形成的納米孔的孔壁上，至銀層未被刻蝕的地方和經刻蝕所形成的納米孔的孔壁被濺射出的金原子完全覆蓋且納米孔垂直深度小于銀層和金層的厚度之和，制得復合金屬納米孔陣列襯底；

(2)制備針尖

利用等離子體清洗機將原子力顯微鏡探針清洗干凈后，采用磁控濺射或真空蒸鍍在探針表面沉積銀膜，然后利用聚焦離子束刻蝕技術，采用氦源，選用15μm光闌，在束流為1pA，聚焦離子束劑量為0.01-0.02nC/μm²條件下，刻蝕探針針尖，調節針尖的曲率半徑，并在針尖表面刻蝕條紋。

9.權利要求1-6任一項所述的一種用于拉曼光譜表征的局域電磁場增強器件在單分子拉曼指紋表征中的應用。

10.權利要求1-6任一項所述的一種用于拉曼光譜表征的局域電磁場增強器件的使用方法，其特征在于，所述方法具體為：將待測樣品液滴于權利要求1-6任一項所述的復合金屬納米孔陣列襯底上，然后同時利用安裝有權利要求1-6任一項所述的原子力顯微鏡探針的原子力顯微鏡和拉曼共聚焦顯微光譜儀對復合金屬納米孔陣列襯底表面進行掃描，對比分析復合金屬納米孔陣列襯底上納米孔內、兩個相鄰納米孔之間、三個相鄰納米孔之間的針尖增強散射信號特征峰位和峰強，獲取單個待測分子在襯底表面構型構象的差異。