自组装法制备团簇Ag纳米结构衬底及其SERS

采用自组装方法,在3-Aminopropyltrimethoxy silane(APS)分子修饰后的玻璃衬底表面,获得了二维Ag纳 米结构衬底。在波长为532nm激光激发下,研究了沉积在衬底表面的 Rhodamine 6G(Rh6G)分子的拉曼光谱特性。结 果表明,制备的二维Ag纳米结构衬底具有强的拉曼增强特性,增强因子可以达到 10⁷ 倍。这说明,在外光场作用下,制备的Ag纳米结构衬底表面能够形成的强局部电磁场分布, 可以有效提升探针分子的光谱辐射效率,从而获得高增强拉曼散射。     

具有分形结构Ag纳米衬底的荧光增强效应

利用电化学沉积方法,制备出具有分形结构的Ag纳米荧光增强衬底。实验中,采用532nm连续光激发居于Ag纳米结构衬底表面附近的罗丹明6G(Rh6G)荧光分子,结果表明,具有分形结构的Ag纳米金属衬底对沉积在其表面的Rh6G分子表现出明显的荧光增强效应。根据局域场增强理论对所得实验结果进行分析,经过电化学方法制备出的分形Ag纳米结构,在外电磁场激发下能够形成较强的局域电磁场分布,从而有效地激发Rh6G荧光分子,增强其荧光辐射强度。     

自组装法制备Au纳米结构衬底及其表面增强荧光效应研究

采用自组装方法,在(APS)分子修饰后的玻璃衬底 表面,制备得 到Au纳米结构衬底。采取激光光谱学方法,研究所制备衬底对沉积其表面的Rhodamine 6G(R h6G) 分子的荧光辐射增强效应。实验发现,利用自组装方法制备的Au纳米结构衬底具有较强的荧 光增 强特性。理论分析表明,制备的Au纳米结构在外光场激发下,所形成的强局部电磁场分布 能够有效提升探针分子的电子跃迁速率,从而实现增强荧光效应。     

Ag纳米粒子修饰多模光纤的拉曼增强特性实验

为了分析研究光纤表面增强拉曼散射(SERS)探针 的拉曼增强特性,采用简单廉价的化学方法制备Ag纳米颗粒修饰 光纤SERS探针,采用罗丹明6G(R6G,Rhodamine 6G)作为探针分子进行了不同浓度R6G溶 液(10－7~10－9M)的拉曼测试实 验和浓度为10－6M的R6G溶液的Time-course SERS Mapping实验,研究了该光纤 SER S探针的拉曼增强特性,制备的光纤SERS 探针样品检测R6G的极限浓度低至10－9M;在Time-course SE RS Mapping实验中,分 析验证了探针分子溶液蒸发过程对光纤 SERS探针的拉曼增强特性的影响。研究表明,由于制备的光纤SERS探针对荧光噪声没有抑 制作用,导致所测得探针分子 的拉曼光谱受探针分子溶液状态、测试方式的极大影响。当溶液充足时(浸泡状态),所测 光谱信号荧光噪声与有效拉曼光 谱信号都比较大;在溶液干燥过程中,所测光谱信号荧光噪声与有效拉曼光谱信号都减少, 但荧光噪声减小幅度远大于拉曼光谱信号。     

C层包覆Ag纳米颗粒基底的表面增强拉曼散射研究

Ag纳米结构是最常用的表面增强拉曼散射(SERS) 活性基底,缺点是Ag的化学稳定性和 生物相容性比较差。为此,利用化学方法合成了一种新型的SERS活性基底—纳米碳层包覆的 Ag(Ag@C)纳米颗粒。利用透射电子显微镜(TEM)和紫外- 可见吸收光谱对制备的核壳结构纳米颗粒进行了表征,并研究了颗粒的SERS活性。结果表明 ,罗丹明6G(R6G)、结晶紫(CV)和孔雀石绿(MG)分子在Ag@C悬浮液中的SERS光谱强度 与在Ag胶中的SERS光谱强度相比显著增强。根据光谱 的变化规律推断,额外的增强来自于化学增强。由于C层的存在,相比于Ag纳米颗粒, Ag@C颗粒的化学稳定性和生物相容性都有所改进。     

修饰银纳米粒子的石墨烯泡沫镍衬底制备及其SERS活性研究

为了解决表面增强拉曼散射(SERS)衬底的吸附性差、稳定性低以及灵敏度不高的问题,设计了一种沉积银纳米粒子的石墨烯泡沫镍SERS衬底,并进行了实验研究.利用化学气相沉积法在泡沫镍衬底上生长石墨烯,并通过溶液沉积的方法将合成的银纳米粒子沉积在石墨烯泡沫镍衬底表面,烘干后制备成石墨烯泡沫镍修饰银纳米粒子的新型SERS衬底.采用罗丹明6G(R6G)对SERS衬底进行拉曼实验研究,结果表明石墨烯能够较好地淬灭SERS衬底的背景荧光;泡沫镍的独特三维结构能够增大衬底对检测分子的吸附;同时,银纳米粒子也可大幅增强衬底的SERS活性.而修饰了银纳米粒子的石墨烯泡沫镍新型衬底同时具有以上优异特性,是一种具有很大应用潜力的新型SERS衬底.     

蒸发过程对碳纳米管复合结构拉曼增强特性的影响

为了分析探针分子水溶液蒸发过程对三维基底的表面增强拉曼散射(SERS)特性的影响,利用磁控溅射和高温退火的方法制备了银纳米颗粒修饰垂直排列的碳纳米管阵列(Ag/CNTs)三维复合结构样品。采用time-course SERS mapping测试方法,分别以1μmol/L罗丹明6G(R6G)和10-2μmol/L孔雀石绿(MG)作为探针分子,进行了相应的实验。研究表明:随着蒸发时间逐渐增加,探针分子的拉曼信号先增强后减弱。分析其主要原因:探针分子溶液在蒸发过程中,由于毛细力的作用,引起探针分子与三维结构之间"热点"的变化,从而带来电磁场增强特性的变化;此外,聚焦深度和浓度的变化也影响拉曼信号。     

介质微球光场调控制备多级银微纳结构及其表面增强拉曼光谱研究（特邀）

表面增强拉曼光谱(SERS)是一种高灵敏的分子振动指纹光谱技术。光辅助化学还原制备SERS衬底具有成本低、环境适用性强等优势,但在微纳结构多样化制造方面存在局限性,限制了SERS衬底的检出性能。笔者系统研究了介质微球独特的聚焦特性,揭示了微球直径对聚焦光场分布的调控规律,在微球底部实现了可控的光场空间分布,实现了多级银微纳结构的快速光还原合成。进一步,通过优化制备参数(前驱液浓度比、激光辐照功率及辐照时间),成功制备了具有优异拉曼增强效果的多级银纳米颗粒/银微环/介质微球(AgNPs/AgMRs/MS)复合结构。通过介质微球和多级银微纳结构(AgNPs/AgMRs)中的光场耦合,即微球聚焦、多级银微纳结构局域表面等离激元共振以及复合结构定向发射等,实现了10^-14 mol/L的痕量检测,增强因子可达9.50×10⁹,为光化学还原制备高性能介质-金属复合SERS衬底提供了新思路。     

树枝状Ag基底的制备及其SERS活性研究

研究了一种表面增强拉曼散射(SERS)活性Ag基底的制备新方法。通过电化学方法和液相生长方法相结合在金属Al表面制备SERS活性Ag膜。用扫描电子显微镜(SEM)表征Ag膜的表面形貌,以结晶紫(C25 H30N3Cl·H2O)为拉曼探针分子,研究了基底的SERS增强效果。研究表明:结晶紫分子吸附在Ag膜表面的SERS强度随电沉积时间的增加呈现先增强后减弱的趋势;进一步的Ag增强剂和引发剂的混合溶液对电沉积Ag膜的浸泡处理可以调节基底Ag膜的结构形态,增强电沉积基底Ag膜的SERS活性。     

在银胶体系中罗丹明B单分子水平上拉曼光谱研究

采用表面增强托曼散射（SERS）技术,比较了单分子水平上银胶纳米体系中罗丹明B（RhB）浓度为10^-11mol／L以下的拉曼光谱和通常单分子水平上罗丹明6G（Rh6G）浓度在10^-11mol／L的拉曼光谱,无论自由沉积在玻璃表面还是在液体环境下的结果显示,单分子水平上Rh B的拉曼光谱灵敏度是Rh 6G的2倍多。因此,利用RhB作为探测试剂将能够提供更加丰富的信息,这对单分子的光谱研究以及高灵敏度探测试剂的应用研究具有重要的意义。     

柔性表面增强拉曼光谱芯片制备

柔性表面增强拉曼光谱(SERS)基底具有灵活形变的特点,适合不规则曲面的原位检测,甚至可以直接进行擦拭取样的检测。对不同反射率的衬底进行仿真分析和实验测试,可以看到衬底的反射率对拉曼信号的收集有极大的影响。在波长为532 nm的光激发铝箔具有高反射率,因此选择铝箔作为衬底,采用银溶胶滴铸法制备柔性SERS芯片。实验通过控制溶剂成分,利用表面张力梯度引起向内马兰哥尼(Marangoni)流动以抑制咖啡环的产生,可以改善纳米粒子的分布均匀性。拉曼测试结果表明,SERS芯片的增强因子高达1.32×10⁸,对R6G溶液的检测限低至1×10^-11mol,同时芯片表现出良好的信号均匀性。     

纳米金修饰碳纳米管阵列结构的表面增强拉曼散射

研究了纳米金粒子修饰碳纳米管阵列结构的表面增强拉曼散射性能.通过FDTD理论模拟仿真了不同粒径纳米金颗粒的场强分布;并采用化学还原的方法制备出直径分别为20、40和60 nm三种不同粒径的金颗粒,然后将纳米金粒子修饰到有序定向的碳纳米管阵列表面,并将该结构作为表面增强拉曼基底.FDTD软件仿真结果表明,60 nm粒径的纳米金颗粒周围场强分布最强,是入射场场强的15倍.同时将罗丹明6G溶液用于测试几组不同尺寸的金颗粒对拉曼散射光强的影响,发现60 nm金颗粒对R6G拉曼信号增强最大.FDTD理论模拟仿真和罗丹明6G溶液实验测试结果表明:金颗粒尺寸在20～60 nm内,颗粒尺寸越大,拉曼散射光的光强越大.     

新型凹锥形表面增强拉曼散射光纤探针的制备

研制了一种新型凹锥形表面增强拉曼散射(SERS)光纤探针,研究了光纤探针凹锥形结构的制备方法,分析了凹锥光纤探针形貌与腐蚀时间的关系,通过化学自组装法将金纳米颗粒固化到凹锥内表面,制成凹锥SERS光纤探针,并测试了其远程SERS检测性能。结果表明,凹锥形光纤探针具有更低的光纤拉曼光谱背底,约为同种光纤制备的锥形探针的1/3;在633nm的激发波长下,固化金纳米颗粒的凹锥探针对于罗丹明6G(R6G)溶液的拉曼光谱远程检测浓度低至100nmol/L。这种凹锥形结构使基底不易脱落,探针不易损坏。基于上述优点,该种凹锥形光纤探针可能在SERS远程检测领域具有潜在的应用价值。     

Ag、Au纳米颗粒的激光表面修饰

通过用Nd：YAG激光（λ=1064nm）对氧化还原法制备的Ag、Au纳米颗粒的修饰,使Ag、Au纳米颗粒的尺寸均匀性得到更好的改善。用透射电子显微镜（TEM）和紫外-可见表面等离于体吸收（SPA）光谱对激光修饰后的Ag、Au纳米颗粒进行了测量和表征,结果表明,这些被修饰过的Ag、Au纳米颗粒由于自身体系发生了改变,可以作为更高效表面增强拉曼光谱（SERS）的增强基底。     

癸烷硫醇修饰的金/银SERS衬底用于PCB-77检测的研究

通过模板法制备了强SERS活性的“球加片”Au/Ag纳米结构阵列,并利用这种纳米衬底对PCB-77分子的SERS光谱进行了研究。结果表明,尽管该纳米结构能够检测到PCB-77分子的SERS特征峰,但信噪比低。利用癸烷硫醇中的巯基与贵金属之间相互作用,实现了癸烷硫醇分子对纳米结构表面的功能化修饰,研究发现此时PCB-77分子的SERS光谱质量得到了明显改善。并且,这种“球加片”衬底的癸烷硫醇分子最优修饰时间为36小时,利用经36小时修饰后的纳米衬底,极大地提高了PCB-77的SERS光谱特征峰的强度。     

二维纳米结构银膜表面增强拉曼散射基底的制备与研究

采用电解法制备了粒径分布为(50±8)nm,表面呈正电性的纳米银粒子.基于该纳米银粒子,采用静电自组装技术在经过特殊处理、表面呈负电性的玻璃基底上生成了具有高效、稳定性的二维纳米结构银膜.该银膜外层纳米银粒子平均粒径约200 nm,相邻纳米银粒子之间形成了不规则的纳米微区,平均尺寸达到200 nm左右.基于该纳米银膜,采用便携式拉曼光谱仪对20个正常人血清样本进行了表面增强拉曼散射(SERS)光谱的检测.同时,也对同一正常人血清基于同种条件下制备的不同纳米银膜的SERS光谱进行了检测.实验发现:该纳米银膜对人血清的拉曼散射具有较好的增强效果,有望为人血清的研究提供新的途径.     

不同金颗粒尺寸的Au@SiO_2纳米粒子拉曼增强研究

制备壳厚为2~3 nm,核尺寸为15、25、50 nm的Au@Si O_2纳米粒子代替Au纳米粒子,用来研究电磁场耦合强度与粒子尺寸和间距之间的关系。实验结果表明处在硅衬底上核尺寸为50 nm的Au@Si O_2纳米粒子增强效果更佳。为了进一步提高Au@Si O_2纳米粒子的拉曼活性,将核尺寸为50 nm的Au@Si O_2纳米粒子置于光滑的金表面,结果表明罗丹明6G的信号获得了更大的增强。利用时域有限差分法分别计算了不同粒径、间距和处在不同基底材料上的Au纳米粒子二聚体的表面增强拉曼散射(SERS)活性,结果表明粒子尺寸越大,间距越小,处在金衬底上的Au纳米粒子二聚体电磁场耦合强度越高,这与实验结果完全相符。另外,粒子间的耦合方式从粒子间隙转移到粒子与衬底之间,克服了粒子间距不可控的问题。这为获得灵敏度和稳定性更高的拉曼活性基底提供了新的思路。     

基于Si基沉积拉曼增强活性Au膜的制备与表征

研究了一种新的表面增强拉曼活性Au基底的制备方法,采用无电镀沉积方法,通过HF和HAuCl4的混合溶液对Si片进行处理获得具有不同形貌的Si基Au膜,利用扫描电子显微镜(SEM)分析了基底的表面形态和结构,测定结晶紫分子在基底表面的拉曼光谱。结果表明,Si基Au膜表面的表面增强拉曼散射(SERS)增强随制备时间的增加呈现先增强后减弱的趋势,增强效果优于常用的Au胶体系,是一种非常高效的拉曼活性增强基底。     

激光烧蚀Ag表面的结构表征及纳米产物的光谱应用

用Nd：YAG激光器对Ag片在二次去离子水中进行烧蚀,用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)对Ag表面形态进行测量,发现其表面呈现具有nm量级的粗糙度。同时,在Ag片所处的液体中制备出了具有nm尺度“化学纯净”的Ag胶体系。此体系中,Ag纳米颗粒尺度分布均匀,并且具有很好的稳定性。通过用对羟基苯甲酸(PHBA)作为探针分子,对这种纯净Ag胶体系中的表面增强拉曼散射(SERS)进行研究测试发现,这种Ag胶体系是一种非常高效的SERS活性增强基底,对其原因进行了分析。     

化学气相沉积可控制备超薄二维MoS_2纳米片

采用化学气相沉积(CVD)技术,以硫粉和MoO_3为反应剂、氩气为载气,在SiO_2/Si衬底上制备超薄二维MoS_2纳米片。采用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、透射电子显微镜(TEM)、喇曼光谱和光致发光光谱测试分析技术,研究硫粉送入距离对超薄MoS_2纳米片的形貌、结构和光学性质的影响规律。结果表明:硫粉送入距离为17～25 cm时,距离MoO_31 cm的SiO_2/Si衬底上形成平行于衬底生长的二维MoS_2纳米片;硫粉送入距离为25～29 cm时,MoO_3正上方的SiO_2/Si衬底上形成竖直排列的二维MoS_2纳米片。通过调控硫粉送入距离和衬底的位置可以控制MoS_2的形成过程,实现水平排列和垂直排列二维MoS_2纳米片的可控生长。