静电纺丝制备柔性SERS基底及其性能研究

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表面增强拉曼光谱(SERS)技术具有灵敏度高、特异性强、方便快捷、无损性等优点,在环境监测、生物医学等、食品安全等诸多方面被广泛应用。灵敏度高,重复性好,可塑性强的SERS基底是快速准确检测的关键。其中,贵金属一半导体复合材料因具有良好的SERS性能而受到广泛关注,但大面积的半导体材料的机械强度不高,可塑性差。本论文中利用静电纺丝法制备出了一种柔性的TiO2纳米纤维膜SERS基底,并且对探针分子在液相状态和干燥状态下的SERS信号强度的差异进行了系统的研究。以钛酸四丁酯(TBT)为钛源,乙醇和乙酸作溶剂,加入乙酸锆、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)配制前驱体,通过静电纺丝法制备含钛的有机纤维,再经过退火得到锆掺杂的柔性Zr@TiO2纤维膜基底。利用磁控溅射法在纤维表面沉积银粒子,最终得到柔性的Ag@Zr@TiO2纳米纤维基底。对纤维膜基底的性能检测,将基底用于对R6G分子和糖精钠分子进行检测,结果表明,该纤维膜基底具有一定的机械强度,纤维中的TiO2以锐钛矿结构存在;对比沉积银不同时间的后的纤维膜基底对同一浓度的R6G分子的SERS信号,在本论文所述的实验条件下,磁控溅射30 s得到的Zr@TiO2纤维膜的SERS性能更好;沉积银30 s的纤维膜基底对R6G分子的检测最底限能够达到10-8mol/L,对糖精钠的检测限为2 mg/L,对孔雀石绿的检测限为10-7mol/L。同时,本论文针对液态环境下的SERS检测进行了系统研究。以两种不同的基底,对比待测物在基底表面检测到的SERS信号,发现待测物分子在液态环境下的SERS信号的强度与完全干燥后的SERS信号强度有较大差异。对R6G溶液从液体状态到完全干燥的过程中每10 s采集一次SERS信号,结果表明随着R6G溶液的不断蒸发,检测到的SERS信号强度在一定时间内逐步上升,之后逐渐下降,在完全干燥后则基本不变。论文中还进一步研究了 SERS基底表面的液面高度与SERS信号的变化关系,结果表明,当液面高度合适时,会有利于SERS信号的检测,并且通过对实验数据的分析,可以得出在液态环境下待测物分子的SERS信号的稳定性和重复性要强于干态环境下的SERS信号。
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