[發(fā)明專利]一種基于金屬-介質(zhì)復(fù)合等離激元共振結(jié)構(gòu)的表面增強(qiáng)拉曼活性基底及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811040123.2
• 申請日: 2018-09-07
• 公開（公告）號: CN108982474B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉桂強(qiáng);湯莉;劉正奇;劉怡;施雷雷;陳奇齊;唐鵬
• 申請（專利權(quán)）人: 江西師范大學(xué)
• 主分類號: G01N21/65
• 分類號: G01N21/65
• 代理公司: 南昌華成聯(lián)合知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 36126
• 代理人: 張建新

本發(fā)明涉及納米材料學(xué)、激光拉曼和生物化學(xué)分析檢測領(lǐng)域，提供了一種基于金屬?介質(zhì)復(fù)合等離激元共振結(jié)構(gòu)的表面增強(qiáng)拉曼活性基底及其制備方法。該方法包括底層網(wǎng)狀金屬膜層制備、中間介質(zhì)層制備、表面增強(qiáng)拉曼活性基底制備、拉曼信號檢測等四個步驟，通過磁控濺射沉積法沉積金屬膜層，再通過退火形成網(wǎng)狀金屬膜層結(jié)構(gòu)，然后在網(wǎng)狀金屬膜層上濺射沉積介質(zhì)層，最后在介質(zhì)層上再濺射沉積金屬膜層并退火而最終獲得所述的表面增強(qiáng)拉曼活性基底。本發(fā)明低成本、簡單易操作、重復(fù)性高、可大面積制備、穩(wěn)定性強(qiáng)、拉曼散射增強(qiáng)顯著。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及表面增強(qiáng)拉曼活性基底，具體涉及一種基于金屬-介質(zhì)復(fù)合等離激元共振結(jié)構(gòu)的表面增強(qiáng)拉曼活性基底及其制備方法。

背景技術(shù)

1927年，拉曼效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)；1974年，F(xiàn)leischmann等率先發(fā)現(xiàn)粗糙銀電極的表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)；1977年，Duyne等和Albrecht等分別證實貴金屬基底的納米結(jié)構(gòu)化特征是導(dǎo)致拉曼信號急劇增強(qiáng)的原因；1997年，Emory和Nie等研究組分別利用表面增強(qiáng)拉曼散射效應(yīng)實現(xiàn)了單分子的檢測。因此，基于表面增強(qiáng)拉曼散射建立起來的光譜技術(shù)具有超高的靈敏度和分子指紋能力，在痕量分析、單分子檢測、納米材料、化學(xué)工業(yè)、環(huán)境科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)以及傳感等方面的研究得到了廣泛的應(yīng)用。

表面增強(qiáng)拉曼散射主要依賴于基底的結(jié)構(gòu)特征，如組成、幾何、大小和形狀等。理論研究表明，由于局域表面等離激元的激發(fā)，在金屬納米顆粒的尖端、連接點或空隙中以及粗糙的金屬表面會出現(xiàn)強(qiáng)的電磁場(即熱點)，吸附在這些位置的分子的拉曼信號將得到8～10個數(shù)量級的增強(qiáng)。但表面增強(qiáng)拉曼活性基底的制備一直采用復(fù)雜的方法，如電子束蝕刻、離子束蝕刻或模板蝕刻等制備，蝕刻技術(shù)制備的基底具有可重復(fù)性高、拉曼增強(qiáng)效果顯著，但制備成本很高、儀器操作復(fù)雜、制備時間過長。而離散的局域等離激元結(jié)構(gòu)雖能提供強(qiáng)的拉曼增強(qiáng)，但重復(fù)性有待加強(qiáng)。結(jié)合自組裝法和其它技術(shù)，可制備等離激元-光子復(fù)合結(jié)構(gòu)，能夠結(jié)余成本，但拉曼信號有待增強(qiáng)。

市場上亟需一種將金屬等離激元結(jié)構(gòu)和介質(zhì)特備是高折射納米結(jié)構(gòu)結(jié)合的低成本的、標(biāo)準(zhǔn)化程度高的、適于工業(yè)化生產(chǎn)的表面拉曼增強(qiáng)型拉曼基體，用于材料表面結(jié)構(gòu)的常規(guī)檢測或基礎(chǔ)研究。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種基于金屬-介質(zhì)復(fù)合等離激元共振結(jié)構(gòu)的表面增強(qiáng)拉曼活性基底及其制備方法，解決現(xiàn)有技術(shù)制備的表面增強(qiáng)拉曼散射基底靈敏度低、制備工藝復(fù)雜、成本高且信號均一性差的問題。

為了實現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

本發(fā)明提出的一種基于金屬-介質(zhì)復(fù)合等離激元共振結(jié)構(gòu)的表面增強(qiáng)拉曼活性基底，其特征在于：包括襯底，以及依次設(shè)置于襯底之上的底層金屬膜層、中間介質(zhì)層和頂層金屬膜層；所述底層金屬膜層為網(wǎng)狀金屬膜層，所述頂層金屬膜層為網(wǎng)狀金屬膜層。

優(yōu)選的，所述金屬膜層的組成材料為金、銀、銅、鉑或鈀等。所述中間介質(zhì)層的厚度為1～30nm，組成材料為硅、二氧化硅或二氧化鈦等。所述襯底為硅片。

優(yōu)選的，所述網(wǎng)狀金屬膜層的網(wǎng)孔大小為50～100nm，網(wǎng)格線粗為50nm。

優(yōu)選的，所述金屬納米顆粒層中金屬納米顆粒的粒徑為20～50nm。

優(yōu)選的，所述金屬納米顆粒層中金屬納米顆粒間間隙平均值小于10nm。

本發(fā)明提出的一種基于金屬-介質(zhì)復(fù)合等離激元共振結(jié)構(gòu)的表面增強(qiáng)拉曼活性基底的制備方法，包括以下步驟：

(1)底層金屬膜層的制備

利用磁控濺射儀，將金屬材料(金屬材料為金、銀、銅、鉑或鈀等)鍍在潔凈的硅片上，然后在190～220℃的溫度下退火，形成底層金屬膜層，即得到覆蓋有底層金屬膜層的硅片；

(2)中間介質(zhì)層的制備