【摘 要】
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食品安全、环境污染、生物医药是当今社会广受关注的三大热点问题,其所需的检测技术乃研究的重中之重。目前,虽然已有多项技术成功用于解决这三大领域存在的问题,但都各有优缺点。表面增强拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering,SERS)技术作为其中一种分析检测工具,由于具有高灵敏度、操作简单、实时无损等优点,越来越多的研究人员加入到SERS研究的队伍,目前对SERS的研
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食品安全、环境污染、生物医药是当今社会广受关注的三大热点问题,其所需的检测技术乃研究的重中之重。目前,虽然已有多项技术成功用于解决这三大领域存在的问题,但都各有优缺点。表面增强拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering,SERS)技术作为其中一种分析检测工具,由于具有高灵敏度、操作简单、实时无损等优点,越来越多的研究人员加入到SERS研究的队伍,目前对SERS的研究主要包括SERS基底的开发和探究增强机制两个方面。对于实际应用而言,开发高性能基底是重点的研究方向。贵金属材料银和金的SERS增强效应高,基于此的研究不胜其数。性能优异的活性基底大都具有足够粗糙的纳米结构,金属沉积在纳米结构表面有利于发生表面等离子体共振,从而大大提升拉曼增强效果。然而单一贵金属基底存在缺点影响了SERS的应用,我们在已有对SERS了解与研究的基础上,致力于开发以贵金属修饰其它基质材料的新型复合基底来优化SERS性能,从而拓宽其应用范围。本论文首先阐述了关于SERS的一系列相关知识,然后详细介绍Au修饰的Ag@AAO和Au@α-Fe2O3两个复合基底的实验研究,最后应用于有机染料领域的检测。论文具体的研究内容及结果如下:(1)贵金属Au修饰Ag@AAO的复合基底的制备及其SERS性能的研究。实验采用氧化铝模板辅助法制备Ag纳米棒阵列(Ag@AAO),然后通过刻蚀AAO改变纳米棒表面形貌来优化SERS性能,当刻蚀30 s时基底的拉曼增强效果最好。为了避免Ag慢氧化,以刻蚀过30 s的Ag纳米棒束为基质,在其表面进行贵金属修饰得到新型复合基底,不仅保留了原始的纳米粗糙结构有利于增加热点(各纳米间隙之间),而且同时具有Ag、Au的高增强活性,实现了双重增强效果,最终进一步优化了SERS性能,且稳定性、均匀性、可重复性良好。此外还进行了FDTD理论计算来模拟复合基底的电磁场变化,从理论上证实了产生最佳拉曼增强的原因。(2)贵金属Au修饰α-Fe2O3的复合基底的制备及其SERS性能的研究。本实验引入半导体作为基质材料制备贵金属-半导体复合基底,发挥两者各自的优势。首先利用多种铁盐水热合成不同形貌的α-Fe2O3纳米结构,例如纳米环、纳米管和纳米花等。然后在其表面蒸镀Au层并检测各自的拉曼信号,结果发现表面结构越粗糙,其拉曼信号越强。最后对其中增强效果最好的3D花状α-Fe2O3进行更细致的研究,包括生长过程以及SERS的各项性能指标。该复合基底的增强不仅仅归因于电磁场的增强,亦有部分化学增强的贡献,可用于催化、气敏传感等其它领域。另外此种合成方法简单易行,可广泛用于制备其它纳米晶。
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