[发明专利]有序可控的表面增强拉曼散射活性基底及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于激光拉曼光谱检测技术领域，涉及一种具有高表面增强拉曼散射活性，周期有序可控的银纳米六角梅花状结构基底及其制备方法。

背景技术

激光拉曼技术作为一种非常有效的探测界面特性和分子间相互作用、表征表面分子吸附行为和分子结构的工具。以其独特的检测优势，已广泛应用于食品药品安全，生物分子和环境检测，考古和矿物鉴定等领域，并以迅猛的速度向其他领域延伸。然而由于普通的拉曼散射效率很低，信号很弱，若提高激光强度可能会对样品产生光损伤或光漂白等副作用，当被测分子浓度很较低，或对表面吸附物质进行检测时，常规的拉曼检测显得力不从心，所以需要借助其他辅助增强手段。

表面增强拉曼散射(SERS)作为一种重要的拉曼增强手段应运而生。其原理是当分子吸附在具有粗糙表面的银、金或铜等少数金属的表面时，由于粗糙化金属表面局域等离激元激发所引起的电磁增强(即物理增强)，以及粗糙表面上的原子簇及吸附其上的分子构成拉曼增强的活性点(即化学增强)，使被测样品的拉曼散射产生极大的增强效应，即表面增强拉曼效应。自从Fleischmann等人于1974年发现SERS以来，表面增强拉曼技术作为一种高灵敏的探测界面特性和分子间相互作用、表征表面分子吸附行为和分子结构的工具。已成为灵敏度最高的研究界面效应的技术之一，最大范围地应用于研究吸附分子在表面的取向及吸附行为、吸附界面表面状态、生物大分子的界面取向及构型、构象和结构分析；SERS技术也逐渐成为表面科学和电化学领域有力的研究手段，已在痕量分析乃至单分子检测、化学及工业、环境科学、生物医学体系、纳米材料以及传感器等方面的研究中得到了广泛应用。

而表面增强拉曼散射的应用前提是制备出可重复性好、增强因子高且结构稳定的表面增强基底。基底材料一般有Ag，Au，Cu和Pt等少数金属，以Ag的增强效应为最佳，最为常用。近年来，人们不断开发了一些新型增强基底材料，如过渡金属基底、半导体基底、多孔材料基底等，进一步扩大了表面增强拉曼效应的应用范围。常用的制备增强基底的方法也有很多，比如经过化学或电化学方法对金属电极表面进行粗糙化处理制备；用金属溶胶等方法制备基底。然而这些方法得到的基底普遍存在重复性差，稳定性不高，存放时间短，制备过程较复杂，制作成本较高等缺点，进而在一定程度上影响到了表面增强拉曼散射的发展和应用。当前增强基底的研究热点倾向于制备表面结构确定、分布均匀、有序可控的二维金属周期结构作为SERS活性基底，这种活性基底不仅能在较宽的动态范围内获得可靠、稳定、均匀的SERS信号，而且可以提供理想的模型以检验SERS理论。而这种基底制备一般存在成本高、程序繁琐、技术复杂、难以大面积量产等诸多问题，以至于限制了其在分子传感领域的应用。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出了一种有序可控的表面增强拉曼散射活性基底及其制备方法，即利用多孔氧化铝模板制备结构有序可控的银纳米表面增强拉曼散射基底的制备方法。具有成本低、操作简单、具有较高的表面增强拉曼散射效应、结构有序可控、可重复性好、基底稳定性好等优点。

技术方案：本发明提出的一种有序可控的表面增强拉曼散射活性基底及其制备方法，在多孔氧化铝表面的有序可控的六角梅花状突起上溅射银，形成排列规则的银纳米岛的金属基底；在该金属基底中，所述的周期性六角梅花状银纳米岛结构呈半球形，直径为50±5nm，每个六角梅花状结构中心孔径为10nm到90nm间距可调，通过控制腐蚀铝片的电压和磁控溅射时间两个参数进行调控。

本发明提出的一种纳米超晶格结构增强基底的制备方法如下：

a.制备不同尺度的多孔氧化铝模板：先对高纯铝片预处理，再采用普通的上下反应装置，高纯铝片做阳极在下，钼片做阴极在上，反应液为草酸，进行电化学腐蚀，形成多孔氧化铝模板；

b.将银沉积到多孔氧化铝模板上形成有序可控的表面增强拉曼散射活性基底：用磁控溅射方法将高纯银溅射到多孔氧化铝模板表面上，有序可控的表面增强拉曼散射活性基底。

所述的可控指：可通过控制腐蚀铝片的电压和磁控溅射时间两个参数对基底进行调节。所述的对高纯铝的预处理是将铝片先分别经过蒸馏水和丙酮的超生震荡洗涤，再将铝片做阳极放入高氯酸和乙醇的混合溶液中进行电化学抛光。

有益效果：本发明提供的制备方法，技术成本低，操作简单。用本发明得到的表面增强拉曼散射基底具有较高的表面增强拉曼散射效应，结构有序可控，可重复性好，基底稳定性好等优点。

附图说明