[發(fā)明專利]一種多共振納米米形表面增強(qiáng)超拉曼散射襯底

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810229085.9
• 申請(qǐng)日: 2018-03-20
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN110286113B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-04-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱雙美;梁二軍;董西廣
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 河南工程學(xué)院
• 主分類號(hào): G01N21/65
• 分類號(hào): G01N21/65;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 鄭州優(yōu)盾知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 41125
• 代理人: 張真真;栗改

本發(fā)明提出了一種多共振納米米形表面增強(qiáng)超拉曼散射襯底，用以解決現(xiàn)有表面增強(qiáng)超拉曼散射襯底的納米結(jié)構(gòu)的制備成本高，實(shí)驗(yàn)條件要求苛刻，增強(qiáng)效果差的問(wèn)題；包括至少一個(gè)長(zhǎng)度和寬度不同、“米”形的納米米金屬結(jié)構(gòu)。本發(fā)明在近紅外和光頻區(qū)域有兩個(gè)強(qiáng)散射峰，分別對(duì)應(yīng)于一階共振和二階共振，且兩個(gè)不同頻率處近場(chǎng)“熱點(diǎn)”發(fā)生在相同的空間位置；電場(chǎng)增強(qiáng)效果可以通過(guò)調(diào)節(jié)納米米結(jié)構(gòu)參數(shù)獲得進(jìn)一步提高；一階共振和二階共振的波長(zhǎng)范圍可以通過(guò)結(jié)構(gòu)參數(shù)調(diào)節(jié)，使擁有電場(chǎng)增強(qiáng)的兩個(gè)主要等離子體共振可分別與超拉曼散射激發(fā)光束和二階Stokes散射光束相匹配；且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有大的電磁增強(qiáng)效應(yīng)、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性好。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及表面光譜的技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種多共振納米米形表面增強(qiáng)超拉曼散射襯底。

背景技術(shù)

超拉曼散射是一個(gè)來(lái)自雙光子的非活性散射，是由于光與物質(zhì)的相互作用產(chǎn)生；是當(dāng)頻率為ν₀的光束入射介質(zhì)時(shí)，使介質(zhì)吸收兩個(gè)hν₀的光子，同時(shí)又發(fā)射一個(gè)h(2ν₀±ν_vib)的光子的過(guò)程，其中，h為普朗克常量，ν_vib為分子振動(dòng)頻率，是與二次諧波產(chǎn)生有關(guān)的非線性光學(xué)過(guò)程。超拉曼散射效應(yīng)之所以引起人們的興趣，是因?yàn)樗奶厥膺x擇定則：所有紅外活性的振動(dòng)模超拉曼散射都是允許的；在紅外和拉曼兩者都是非活性的振動(dòng)模式，也許在超拉曼散射中是活性的。超拉曼散射可以提供線性拉曼和紅外等光譜手段所無(wú)法獲得的光譜信息。然而，超拉曼散射效應(yīng)是高階拉曼效應(yīng)的一種，它是三光子散射過(guò)程，超拉曼散射的散射截面很小，約為正常拉曼散射截面的10^-6倍，實(shí)驗(yàn)探測(cè)十分困難。因而，在很長(zhǎng)一段時(shí)間，超拉曼散射一直沒(méi)能成為一種有效的光譜技術(shù)而被應(yīng)用，一直到人們發(fā)現(xiàn)了表面增強(qiáng)拉曼散射現(xiàn)象，即吸附在銀、金、銅等金屬納米結(jié)構(gòu)或顆粒表面上的分子與金屬表面發(fā)生的等離子體共振相互作用而引起的拉曼散射信號(hào)增強(qiáng)現(xiàn)象。表面增強(qiáng)超拉曼散射被來(lái)自相同激光的雙光子激發(fā)并獲得整個(gè)振動(dòng)光譜的信息。隨著實(shí)驗(yàn)技術(shù)和理論研究的發(fā)展，分子的表面增強(qiáng)超拉曼散射光譜引起了人們極大的關(guān)注，在很多領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用與發(fā)展。例如，表面增強(qiáng)超拉曼散射可能對(duì)局域分析環(huán)境更敏感并且比表面增強(qiáng)拉曼散射展現(xiàn)更大的化學(xué)效應(yīng)，表面增強(qiáng)超拉曼散射也適用于生物成像方面的應(yīng)用，也可以用于細(xì)胞中PH傳感器，可以闡明分子的雙光子性質(zhì)，可以用于單分子檢測(cè)。

目前，理論和實(shí)驗(yàn)上對(duì)超拉曼散射基底的研究并不多。常用的表面增強(qiáng)超拉曼散射基底基本上是采用常用的表面增強(qiáng)拉曼散射襯底，利用膠體隨機(jī)聚集等制備的金屬納米聚集體，缺少深入的理論分析和合理設(shè)計(jì)。最近，Ikeda等利用納米球光刻技術(shù)得到銀納米球二聚體陣列作為表面增強(qiáng)超拉曼散射基底，用以檢測(cè)結(jié)晶紫燃料的拉曼信號(hào)。因?yàn)椋{米對(duì)陣列的等離子特性可以通過(guò)納米的幾何形狀來(lái)控制，納米對(duì)陣列可以作為很好的表面增強(qiáng)超拉曼散射基底。但是，對(duì)于利用電子束刻蝕、離子束刻蝕、光刻和納米壓印等方法制備有序的、均勻的以及擁有各種二維幾何形狀的納米結(jié)構(gòu)，需要昂貴的實(shí)驗(yàn)儀器和苛刻的實(shí)驗(yàn)條件。因此，利用簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的方法構(gòu)建一種表面增強(qiáng)超拉曼散射活性基底，使其在光譜檢測(cè)中的激發(fā)光和超拉曼散射光的同時(shí)增強(qiáng)并使他們對(duì)應(yīng)的電磁場(chǎng)“熱點(diǎn)”分布在空間位置上重疊，以達(dá)到最優(yōu)增強(qiáng)，是未來(lái)表面增強(qiáng)超拉曼散射研究及應(yīng)用的關(guān)鍵。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)表面增強(qiáng)超拉曼散射襯底的納米結(jié)構(gòu)的制備成本高，實(shí)驗(yàn)條件要求苛刻，增強(qiáng)效果差的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種多共振納米米形表面增強(qiáng)超拉曼散射襯底，由“米”形納米金屬結(jié)構(gòu)單元，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，具有大的電磁增強(qiáng)效應(yīng)、穩(wěn)定性和重現(xiàn)性好。