基于COMSOL的柔性表面增强拉曼散射基底研究

为提高表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering, SERS)基底的性能，采用COMSOL Multiphysics仿真软件通过有限元法对两个相邻的纳米颗粒的模型进行仿真。仿真结果表明，当纳米颗粒半径一定时，增强因子随间距的增大而快速减小；当间距一定时，增强因子随半径的增大而增大，半径达到300 nm后，增强因子趋于稳定，且呈一定的下降趋势。同时，设计并构建了倒圆锥模型的SERS基底，仿真得到其增强因子为2.66×10⁵,相比于倒金字塔模型(增强因子为1.57×10⁵)具有更优异的性能。基于所得到的仿真结果对倒圆锥模型进行优化，银纳米颗粒间距从10 nm依次减小为5 nm,增强因子得到显著提高，极大地提高了表面增强拉曼散射基底的性能。     

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。     

Ag@Au核壳SERS基底的优化设计

表面增强拉曼散射（Surface Enhanced Raman Scattering, SERS）技术在食品检测中发挥着重要的作用,该技术的核心在于基底的优化,所以开发新型基底是目前研究的热点课题。采用金银两种纳米复合材料,研究核壳式纳米结构的SERS基底,用有限元法对Ag@Au的结构进行电场强度的仿真,模拟在不同核壳半径、厚度以及散射光照的条件下场强的变化,计算SERS增强因子,与其他类型纳米结构进行比较。仿真实验表明,采用Ag@Au核壳结构作为SERS基底,在波长为523 nm、核半径为38 nm、壳厚度为0.5 nm时,增强效果最好,增强因子是7.47×10⁹。因此,Ag@Au核壳式SERS基底具有广泛的应用前景。     

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.     

碳纳米管和金属纳米粒子复合结构的拉曼光谱特性

提出了一种基于碳纳米管和金属纳米粒子的表面增强拉曼基底,并进行了实验研究。采用化学方法制备了单壁和多壁碳纳米管薄膜;利用离子溅射方法在碳纳米管薄膜上形成Au纳米粒子,构成基于碳纳米管和金属纳米粒子复合结构的表面增强拉曼散射基底。对此样品进行了扫描电子显微镜(SEM),反射谱、拉曼谱等表征测试。研究表明,该基底由于碳纳米管极大的比表面积,可吸附更多的金属纳米粒子,增强拉曼散射信号强度。     

交叉蝴蝶结纳米结构的Fano共振效应用于表面增强相干反斯托克斯拉曼散射的理论研究

Fano共振效应拥有独特的局域场增强效果,在表面增强相干反斯托克斯拉曼散射中,不同波长局域场增强空间位置相同的结构结合Fano共振效应,可以实现混合频率共振模式,使得表面增强相干反斯托克斯拉曼散射总的增强因子得到大幅度提高。采用FDTD软件系统研究了对称的交叉蝴蝶结Au纳米结构的Fano共振效应,该效应使得交叉蝴蝶结结构中心位置附近的电场强度得到大幅度的增强,把该结构应用到表面增强相干反斯托克斯拉曼散射中,可以使表面增强相干反斯托克斯拉曼散射信号的增强因子高达1013,达到单分子检测的水平。     

三维拉曼显微成像技术研究进展（特邀）

拉曼显微成像技术无需样本制备,具有无损、无创、对水溶液不敏感的优点,可在微米或纳米尺度下表征样本的生化组分及分布,成为生命科学领域重要的研究工具。随着对复杂生物样本研究的不断深入,拉曼显微成像也被期待能够实现对生物样本中的分子组成与分布的动态立体观测。首先,系统性地梳理近年来三维拉曼显微成像技术的研究进展,包括基于自发拉曼散射、相干拉曼散射、表面增强拉曼散射以及拉曼标签的不同三维成像方法的技术手段、改进策略与实验结果。然后,总结了不同成像技术在细胞生物学、发育生物学等方面的应用进展。最后展望了不同三维拉曼显微成像技术在生物医学光学显微成像技术应用中所面临的挑战和发展前景。     

金属尖端角度对表面增强拉曼散射的影响

金属尖端对于表面拉曼散射有增强的效果,但尖端的尖锐程度对于表面增强拉曼散射(Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS)的影响很少有定量的报道。为了研究角度大小与SERS的关系,需要制备具有不同角度的结构。利用数字微镜设备（Digital Micro mirror Device, DMD）进行光学投影光刻制备了四组样品,分别具有30°60°90°120°角金属微结构,测量了这些结构对应的SERS谱,研究金属尖端角度大小对于SERS的影响。研究发现,锐角具有更好的表面增强拉曼散射效果,而且增强效果对角度依赖强烈,角度越小增强效果越明显;钝角情况下,SERS对于角度大小依赖的敏感度下降。     

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。     

液晶的表面增强拉曼散射

应用表面增强拉曼散射(SERS)技术,对液晶5CB分子在银、金纳米粗糙电极表面的取向进行研究.结果表明液晶5CB分子在银、金电极表面具有不同的取向,揭示了液晶5CB分子与银和金的表面原子之间的相互作用是不一样的,说明了液晶在基体表面的取向是由液晶分子与基体表面原子的相互作用导致的.对液晶5CB的表面增强拉曼光谱的实验特性、应用及其机理作了较全面的研究,并给出了如何应用表面增强拉曼光谱来确定液晶分子在基体表面的取向.在对实验结果进行分析的基础上,得出了5CB在银电极表面成近似垂直取向,而在金电极表面成较复杂取向的结果.