硅纳米线阵列与银纳米结构的制备及其SERS研究

【摘要】：表面增强拉曼光谱(Surface Enhanced Raman Spectroscopy, SERS)自发现以来受到广泛关注,而生命科学的兴起更是为其提供了一个充满活力的舞台。SERS研究的前提和关键在于获得性能优异的增强基底,但是既具有高的增强因子,又具有良好的均匀性和可重复性的SERS基底的制备仍然充满挑战。本论文主要内容如下： 一,简要介绍了SERS的相关原理,讨论了纳米粒子、激励光和周围介质的性质对SERS活性的影响。跟踪了SERS基底的研究进展,选择介绍了金、银纳米粒子,金、银修饰硅纳米线和其他几种新颖的SERS基底的制备。最后讨论了SERS的优缺点,对其在细胞、生物分子以及单分子的检测中的应用做了概述。 二,用微波加热法和紫外光照法制备了纳米银胶。微波加热法制备的银胶尺寸和形状都具有一定分布,而紫外光照法制备的银胶尺寸和形状相对均匀,通过以罗丹明6G为探针分子的SERS实验发现,液态银胶基底具有较好的可重复性,但增强活性不高,而盖玻片上固态的银胶基底具有很好的增强活性,但是均匀性和可重复性不好。 三,利用化学湿法刻蚀制备了垂直排列的大面积均匀的硅纳米线阵列。硅纳米线阵列的长度随刻蚀时间的增加不断增长,但是并不满足严格的线性关系,硅纳米线阵列的刻蚀速度先增大后减小。对比实验发现,超声波振荡法相对于温度控制法可以增加硅纳米线的刻蚀速度,降低硅纳米线阵列顶部的聚集程度。 四,将银胶和硅纳米线阵列结合到一起,制备了拉曼增强活性高和均匀性好的SERS基底。而利用化学浸镀法对硅纳米线阵列进行银修饰,会破坏硅纳米线阵列的原有结构,而且银纳米结构沿硅纳米线轴向分布不均。而以微孔硅阵列作为模板,利用浸镀法得到了新颖的硅基银纳米结构,其拉曼增强活性和均匀性都比较好。除此,时域有限差分法数值模拟显示,垂直照射两根平行的硅纳米线可以得到较大的拉曼增强。 五,利用拉曼光谱和原子力显微镜联用系统,原位研究了温度和激光辐照对金银合金膜形貌和SERS活性的影响。原位温控实验表明,金银合金纳米粒子在50℃时已发生明显粗化,其SERS活性随温度升高不断降低。除此,还发现激光辐照会导致金银合金纳米粒子尺寸变大和SERS活性降低。 我们制备的硅基银纳米结构,作为SERS基底具有高的增强因子以及良好的均匀性和可重复性,同时为集成的SERS基底的制备提供实验基础。