基于胶体刻蚀技术构筑金属纳米结构及其在SERS中的应用探索

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金属纳米结构由于其在光子学、电子、化学与传感、医学诊断和治疗等方面的广泛应用,引起了学者们的高度重视。备受学者们青睐的是,金属纳米结构在光、电子和催化等方面的性质可以通过控制它们的尺寸、形状和组成在很大程度上进行调节。胶体刻蚀是一个低成本、多样化的自下而上的构筑方法,它可以方便、精确地构筑多种多样的金属纳米结构的周期性阵列。基于以上考虑,我们以胶体刻蚀技术为基础,结合纳米压印技术、电化学沉积、真空热蒸镀等方法,成功的构筑出尺寸可调节的金纳米粒子阵列、站立式纳米天线阵列、银纳米锥阵列,并对这些金属结构的性质进行探究。其主要包括以下三个部分:第一、我们发展了一种简便、高效的构筑金属粒子阵列的方法。利用电化学沉积的方法在预先由纳米压印技术形成的图案化的ITO表面上形成金纳米粒子阵列。这里纳米压印所用的模板是通过胶体刻蚀技术制备出来的,模板的制备低成本。金纳米粒子的粒径可以通过改变电化学沉积的电压和时间来调节,周期可以通过改变胶体球尺寸来调节。在这部分工作中,金纳米粒子的水平直径调控范围是130-420nm。利用这种方法,也可以在其他导电基底上构筑金纳米粒子阵列,在检测和传感方面具有潜在的应用。第二、我们构筑了一种站立式纳米天线结构(Elevated Nanoantenna),这种结构具有优良的表面增强拉曼散射性能。在优化结构上可以获得最大电场增强因子为9.8×109,最低检测浓度为10-12mol/L,这种表面增强拉曼散射基底具有很好的重复性,最大相对标准偏差为15.45%。通过改变纳米天线的纵向结构参数可以调控金属纳米结构的共振模式。我们通过改变银膜厚度,在增大电磁场强度的同时将电磁场热点的空间位置从纳米天线底部调到顶部。我们通过调控电磁场热点空间位置,并利用银膜表面的疏水性质,增加了探针分子位于电场热点的可能性,从而获得了更高的表面增强拉曼散射的灵敏度。这一结果对增强表面增强拉曼散射的灵敏度具有重要意义。第三、利用胶体刻蚀技术结合真空热蒸镀,构筑出具有不同倾斜角度和高度的银纳米锥阵列。通过调控锥的倾斜角度和高度,可以提高其表面增强拉曼散射的强度。通过这种方法构筑的银纳米锥阵列可以作为高重复性表面增强拉曼散射活性基底,并且在传感方面具有潜在的应用。
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