纳米结构2D有序阵列的构筑及其Raman增强性能的研究

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表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering, SERS)自发现以来受到广泛关注,基于SERS技术在多领域所展现的优越性能,合理设计和制备高质量SERS活性基底,以便于深入理解SERS机理乃至于促进SERS技术的实际应用,已成为SERS研究的热点。为探索制备大面积SERS基底的简便方法,进而探索基底结构对SERS性能的影响,本论文以St ber法和种子生长法制备了不同粒径的单分散二氧化硅圆球,分别采用旋转涂胶法和溶剂挥发法构筑了大面积的2D有序阵列结构,并以苯硫酚为探针考察了所得2D有序阵列结构的SERS性能;考察了有序结构单元的形状、尺寸及其排布密度等结构因素与基底SERS性能之间的构效关系。在本论文研究范围内,主要结果和结论总结如下:(1)多孔阵列的构筑及其SERS性能利用种子生长法制备的6种不同粒径(100-500nm)的单分散二氧化硅圆球,先用溶剂挥发法自组装制备得到呈紧密排列(CP)二氧化硅圆球阵列,再用可聚合单体SR454HP充填、UV辐照原位聚合固化后得到二氧化硅-聚合物复合模板,进而用HF去除二氧化硅圆球后得到聚合物反蛋白石型多孔阵列,最后用电子束蒸发镀金技术在多孔阵列表面覆镀Au薄膜后得到SERS基底;以苯硫酚为探针的SERS结果表明:基底具有明显的Raman增强效应;通过改变模板二氧化硅圆球的大小可以改变基底表面孔状结构的尺寸,随着基底表面孔径的增大,基底SERS信号强度相应增加。(2)球凸阵列型SERS基底的制备及其结构调控采用旋涂、UV原位聚合和镀金等技术,将单分散二氧化硅微球在四种液态可聚合单体介质中快速剪切组装,可以高通量地简便制备大面积内嵌在聚合物中球凸阵列结构型基底,其表面为“长程球凸阵列、短程岛状分布”的等级制结构,单片基底面积可达81cm2;以苯硫酚为探针的SERS结果表明:所得基底的Raman信号增强因子EF达107-108量级,且重现性良好(EF的RSD值在16%-35%范围);改变组装介质的种类可以调控球凸的排布规律和排布密度,随着球凸排布密度和排布周期性的增加,基底Raman增强能力及其增强因子的重现性均有明显提高。(3)球凹阵列的制备及其SERS性能将旋转涂胶法得到的内嵌在聚合物中、呈周期性非紧密接触方式(NCP)排布的二氧化硅圆球阵列-聚合物复合模板,采用HF去除二氧化硅圆球后覆镀Au薄膜,便可便捷地得到单片面积达182cm2、呈等边六边形周期性排布的纳米球凹阵列型基底;以苯硫酚为探针的SERS结果表明:球凹阵列具有很好Raman增强性能及稳定性,Raman信号增强因子EF高达108-109量级,在182cm2范围内EF的RSD值在5.5%-8.6%范围内。
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