论文部分内容阅读
拉曼散射光谱可直接反映出分子结构的价键结构信息，并能够给出分子的“指纹谱”，因此拉曼散射光谱技术常用于对有机物分子的识别与分析。但常规拉曼散射光谱存在着一个非常大的不足，其拉曼散射截面比荧光散射截面低十几个数量级，使其光散射信号强度非常弱。若待检测对象的浓度低于10-4mol·L-1，拉曼光谱的检测灵敏度一般不能满足可检测的要求，这大大限制了拉曼光谱在诸多领域中的应用。近年来兴起的表面增强拉曼光谱(Surface Enhanced Raman Spectra, SERS)技术，通过金属中自由电子的群体性振荡即表面等离子体共振将空间自由传播的光局域在小于衍射极限的范围内来提供有效的电磁场增强，进而大大增强了拉曼信号，成功地克服了常规拉曼光谱技术存在的弱点，使得拉曼光谱的应用范围也迅速扩大。基于SERS光谱技术在痕量物质检测领域所具有的诱人前景，制作新型结构、高性能的SERS活性基底，了解影响分子在基底表面吸附的因素并掌握典型分子在基底表面的吸附规律，深入理解SERS机制以及推广SERS技术的应用已成为现今研究的热点。本论文针对现今SERS基底构筑中存在的问题，设计构筑出了一类具有极高增强性能和高稳定性的新型SERS基底，本论文主要研究内容可以概括为以下三个部分：一、构筑出一种具有高度有序规则、三维微纳结构、基于Ag/Si纳米异质结构阵列的高活性SERS基底。在利用金属辅助腐蚀法，将单晶硅制备成为具有极高比表面积的多孔硅纳米线阵列(Porous Silicon Nanowire Array, PSNWA)的基础上，再利用直接再还原的方法在PSNWA上原位生长出银纳米颗粒(Agnanoparticles, Ag NPs)，制备出具有三维有序阵列结构的Ag/PSNWA复合结构。使用XRD、SEM、TEM、HRTEM、EDS等手段对其微结构、形貌及组成成分等进行了系统表征。二、SERS基底实现对待检测分子的高稳定性、高增强能力及定量检测。使用若丹明6G (Rhodamine6G, R6G)作为探针分子，对Ag/PSNWA基底的SERS性能从增强性能、定量关系、均一性、再现性能、时间稳定性等方面进行了系统表征。利用Ag/PSNWA基底对农业上的常用农药福美双(Thiram)进行了系统探测，得到福美双浓度与拉曼光谱强度的定量关系，有效扩展了SERS活性基底的应用范围。三、对Ag/PSNWA基底SERS增强原理进行了系统讨论。使用时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)，对Ag/PSNWA基底在外界激光照射下的表面电场分布进行了数值模拟。分析了电磁增强、化学增强、几何结构增强等各增强机制对于基底优异增强性能的贡献。