[发明专利]一种表面增强拉曼用大面积金属纳米结构衬底及其制备方法

说明书

技术领域

本发明设计一种纳米结构材料，具体设计一种表面增强拉曼用大面积金属纳 米结构衬底及其制备方法。

背景技术

表面增强拉曼光谱(SERS)技术在物理学、化学、材料学、生物医学等领 域都有着广泛的应用。其增强的原理是基于等离激元共振使得金属表面电场得到 增强，相对于其它测量手段，拉曼探测具有分子识别和指纹性质，且对水溶液不 敏感，对生物分子的探测尤其有用。但其缺点是信号非常弱，而采用表面增强拉 曼技术可使得这一难题的解决有了新的的突破。

对表面增强拉曼探测来说，最重要的是开发基于金属纳米结构的有效的增强 衬底，实现拉曼信号最大程度的增强。目前，银(Ag)和金(Au)的纳米结构阵列和 其胶体颗粒溶液均被广泛使用，而纳米结构阵列相对于胶体溶液来说，具有稳定 性强、可重复、操作简单等特点，因而在拉曼检测中得到广泛应用，目前生产制 备金属结构衬底的方法主要有纳米球平板印刷术、离子束聚焦刻蚀、掩膜光刻、 纳米压印及电子束刻蚀等方法，但这些方法，成本高昂、工艺复杂、制备速率慢， 不能实现工业化大生产。

发明内容

发明目的：本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种应用范围广 泛，能有效增强拉曼信号的表面增强拉曼用大面积金属纳米结构衬底，本发明另 一个目的是提供一种工艺简单、便于工业化生产及生产成本低的表面增强拉曼用 大面积金属纳米结构衬底的制备方法。

技术方案：为了实现以上目的，本发明所述的一种表面增强拉曼用大面积金 属纳米结构衬底，它由不同相合金材料组成的纳米级结构的衬底和沉积在衬底上 的纳米级厚度的金属材料组成，它由不同相合金材料组成的纳米级结构的衬底和 沉积在衬底上的纳米级厚度的金属材料组成，其中所述的不同相合金材料为铝钛 碳合金。

以上所述的表面增强拉曼用大面积金属纳米结构衬底，其中所述的不同相合 金材料为铝钛碳合金。作为优选方案，所述的铝钛碳合金由64at％的三氧化二铝 和36at％的碳化钛组成，这种铝钛碳合金纳米级结构衬底是由三氧化二铝(Al₂O₃) 和碳化钛(TiC)的纳米级颗粒在1500℃烧结而成。作为其它方案，本发明所述 的不同相合金材料的模板衬底除了铝钛碳合金外还包括其他类似合金相的材料。

以上所述铝钛碳合金的粒径为小于300纳米的铝钛碳合金。

以上所述的表面增强拉曼用大面积金属纳米结构衬底，其中沉积在衬底上的 纳米级厚度的金属材料为银或金。作为优选方案，沉积在衬底上的银或金的厚度 为10至100纳米。

一种制备表面增强拉曼用大面积金属纳米结构衬底的方法，具体包括以下步 骤：

(1)选择不同相组成的合金材料作为原始模板；

(2)根据合金材料的硬度不同，利用选择性等离子刻蚀法，刻蚀出纳米级结 构的衬底，备用；

(3)取步骤(2)制备得到的纳米级结构的衬底，通过离子束溅射的方法，在纳 米级结构的衬底上沉积纳米级厚度的金属材料，即得到表面增强拉曼用大面积金 属纳米结构衬底。

以上所述的表面增强拉曼用大面积金属纳米结构衬底的制备方法，其中步骤 (1)选用的原始模板由三氧化二铝和碳化钛组成铝钛碳合金制成，当然除三氧化 二铝和碳化钛相合金之外，还可以选用其他类似的合金材料。这种不同相组成的 合金中三氧化二铝(Al₂O₃)和碳化钛(TiC)颗粒的粒径大小在300纳米左右或 小于此尺寸。

以上所述的表面增强拉曼用大面积金属纳米结构衬底的制备方法，其中步骤 (2)不同的合金材料中不同组分其物理性能，如硬度不同，导致不同的溅射速率， 通过选择性等离子刻蚀法，对不同相的材料具有不同的刻蚀速率，其中碳化钛 (TiC)的硬度大于三氧化二铝(Al₂O₃)，所以选择性等离子对三氧化二铝(Al₂O₃) 的刻蚀速度比碳化钛(TiC)的刻蚀速度快。