反应离子刻蚀辅助的单纳米粒子水平的表面增强拉曼光谱研究

摘要

硅材料作为一种高效率、高增强因子的SERS基底近年来得到广泛的研究和应用。最近报道的硅基SERS基底(包括修饰有金/银纳米颗粒的硅纳米线,修饰有金/银纳米颗粒的硅片)的EF值可达106-108,远远高于游离态的金/银纳米颗粒。但需要指出的是,过去关于SERS的研究大部分基于粒子的聚集态,从实验上研究硅基底如何影响单个纳米粒子的SERS增强鲜有报道。由于聚集态的纳米粒子间隙产生的“活性位点”(hot spots)强烈影响着SERS增强,并很可能掩盖了其基底SERS增强的贡献,所以在单纳米粒子水平进行SERS研究显得尤为重要。本文首次从单纳米粒子水平出发,在实验和理论上同时证实了硅基底的SERS增强效应,为硅材料作为一种具有潜在应用前景的SERS基底提供了良好的实验证明。
　　在本文中,发展了一种用反应离子刻蚀辅助的(reactive ion etching(RIE)-assisted)制备单纳米粒子硅基SERS平台的方法,利用RIE刻蚀技术,便于把单个纳米粒子均匀分散在RIE刻蚀形成的孔洞的中,再通过SEM成像对每个纳米粒子的位置、尺寸、形貌进行精确的测量。该方法无需依赖暗场成像,只需研究沉积在刻蚀后孔洞中的纳米粒子,定位区域更加精确,目的性更强。随后,我们对硅基底上每个单独的金纳米颗粒进行SERS研究,发现相比于在石英玻璃基底,硅基底对单个金纳米颗粒有更好的SERS增强效应。

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第一章 绪论

1.1纳米科学与纳米技术

1.2金属纳米颗粒表面等离子体增强

1.2.1表面等离子激元的基本特性

1.2.2局域表面等离子激元（LSP）

1.2.3局域表面等离子激元（LSP）的理论解释

1.2.4局域表面等离子激元（LSP）的应用

1.3拉曼散射及表面增强拉曼散射（SERS）

1.3.1拉曼散射

1.3.2表面增强拉曼散射（SERS）

1.3.3表面增强拉曼散射（SERS）的增强机理

1.3.4 表面增强拉曼散射（SERS）在生物化学检测中的应用

1.4 本文的研究意义及主要研究内容

1.4.1 立题依据及意义

1.4.2 研究内容

第二章 单纳米粒子水平硅基表面增强拉曼平台的制备和表征

2.1 引言

2.1.1 表面增强拉曼光谱（SERS）与原子力显微镜（AFM）联用（correlated SERS-AFM）技术

2.1.2 表面增强拉曼光谱（SERS）与瑞利散射成像（OIRS）联用（correlated SERS-OIRS）技术

2.1.3 表面增强拉曼光谱（SERS）与透射电子显微镜（TEM）联用（correlated SERS-TEM）技术

2.1.4 表面增强拉曼光谱（SERS）与扫描电子显微镜（SEM）联用（correlated SERS-SEM）技术

2.2 反应离子刻蚀辅助的单纳米粒子水平硅基SERS平台的制备

2.2.1 实验材料及药品

2.2.2 实验仪器设备

2.2.3 单纳米粒子水平SERS基底的制备流程

2.2.4 金纳米颗粒的制备

2.3单纳米粒子SERS研究的实验方案

2.4 扫描电子显微镜与拉曼光学显微镜联合表征

第三章 单纳米粒子表面增强拉曼光谱的测量及理论模拟

3.1 单纳米粒子表面增强拉曼光谱（SERS）的测量

3.2表面增强拉曼散射增强因子的计算

3.3时域有限差分方法对单纳米粒子SERS光谱的理论模拟

3.3.1时域有限差分方法简介

3.3.2 时域有限差分方法对不同介质环境下的单纳米粒子的散射光场强度分布的模拟

3.4增强机理的讨论

第四章 结论

参考文献

攻读硕士学位期间的成果体现

致谢