針尖增強拉曼光譜納米探針的研製及套用

《針尖增強拉曼光譜納米探針的研製及套用》是依託首都師範大學，由張利勝擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：針尖增強拉曼光譜納米探針的研製及套用
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：張利勝
• 依託單位：首都師範大學

項目摘要

針尖增強拉曼光譜（TERS）系統，具有很高的靈敏度和空間分辨特性，可以用於研究探針分子在納米結構表面的吸附模式和分布，以及分子與納米結構之間的相互作用，進而研究納米結構的表面電漿分布特性。這正是現在表面科學，分析科學和納米材料科學研究所急需的技術手段。TERS體系核心技術之一是TERS增強納米探針的研製及其增強效果。國內目前使用的TERS探針全部依賴進口，價格昂貴，並且納米探針增強效果不理想。本課題擬採用磁控濺射、真空熱蒸發鍍膜和電化學腐蝕等技術，研製一系列TERS專用納米探針，包括用於微區定點增強的貴金屬TERS納米探針和用於微區掃描的貴金屬包覆矽基TERS納米探針。TERS納米探針的研發將帶來國內在TERS技術方面的突破，將推動在微區拉曼檢測、微納結構近場測量和表面電漿等研究領域的發展。

結題摘要

拉曼光譜和表面增強拉曼光譜作為一種強有力的分析技術手段，可以獲得分子內部振動、吸附行為和材料結構及其表面相關的信息。但受光學衍射極限的限制，常規遠場拉曼光譜的空間解析度無法突破光學衍射半波長限制，只能得到一定區域內眾多樣品化學組分的平均信息，不能夠同時獲得納米空間解析度和局域形貌的光譜信息。TERS技術能大大增強納米局域的拉曼光譜信號，並能夠進一步提高信噪比。一束雷射以合適方式照射曲率半徑為幾十納米的探針上，就可能在探針和樣品之間的間隙處激發出局域化的電漿，由於光學天線共振增強效應，探針附近電磁場得到極大增強。欲使TERS得到廣泛的套用必須解決TERS研究中的難題：如何製備形狀和大小可控、表面光亮且無碳物種污染的高TERS活性的針尖仍然是很多小組的努力方向，而這也將一直制約著TERS的發展。TERS用納米針尖的研發技術水平也會對TERS技術的發展起著決定性的作用。 本項目採用真空熱蒸發鍍膜和電化學腐蝕等技術，研製TERS專用納米探針，其中包括用於微區定點增強的貴金屬TERS納米探針和用於微區掃描的貴金屬包覆矽基TERS納米探針。根據實驗室現有儀器設備和配套設施，搭建出用於製備微區定點增強的貴金屬TERS納米探針的全套自動化監控電化學腐蝕裝置。採用計算機實時監控整個電化學腐蝕過程中的電壓和電流變化情況，在最佳的時刻切斷電路結束腐蝕，得到理想形貌的針尖。將整個電化學製備過程中的實驗數據的變化情況全部通過計算機記錄下來，為後期分析實驗結果提供了數據依據，同時大大提高了各批所製備納米針尖性能的重複性和穩定性。最佳化腐蝕液化學配方，精確控制腐蝕電壓和腐蝕時間使得所製備的針尖表面比較光滑，曲率半徑優於30納米。採用真空蒸發鍍膜技術製備出用於微區掃描的銀納米薄膜覆矽基TERS納米探針。通過精確控制熱蒸發所用金屬材料的量，控制針尖表面貴金屬薄膜材料的厚度，使其具有最佳的增強效果。使得針尖表面的貴金屬薄膜的厚度適中，比較緻密，表面光滑，薄膜與針尖材料的吸附性能好，不易脫落，尖表面的貴金屬薄膜具有最佳的結晶度和緻密度。使所製備的TERS增強納米探針的增強效果達到80%以上。系統研究了在銀納米孔陣列、銀納米薄膜、金納米薄膜、銀包金納米棒材料等增強性能優越的SERS增強基底上的拉曼增強機制。