[发明专利]基于介质光栅-金属薄膜与金属纳米颗粒复合结构的表面增强拉曼散射基底

说明书

本发明公开了基于介质光栅‑金属薄膜与金属纳米颗粒复合结构的表面增强拉曼散射基底，包括玻璃衬底，金属薄膜，介质光栅，金属纳米颗粒。当TM偏振光正入射介质光栅‑金属薄膜与金属纳米颗粒的复合结构表面时，在介质光栅‑金属薄膜分界面上激发传播表面等离子体，在金属纳米颗粒上激发局域表面等离子体，传播表面等离子体和局域表面等离子体的强共振耦合，将使复合结构热点处的电场得到很大的增强，进而得到很强的表面增强拉曼散射信号。本发明具有制备简单，成本低廉，可提供超高电场增强因子等优势，可广泛应用于拉曼检测特别是低浓度检测领域。

技术领域

本发明属于表面增强拉曼散射基底领域，涉及利用介质光栅-金属薄膜与金属纳米颗粒复合结构进行表面增强拉曼散射(SERS)光谱测量的技术领域，特别涉及基于介质光栅-金属薄膜与金属纳米颗粒复合结构的表面增强拉曼散射基底。

背景技术

拉曼光谱是基于拉曼散射效应，对与入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面的信息，并应用于分子结构研究的一种光谱技术。但是普通拉曼散射信号十分微弱，这无疑限制了其在实际生产中的应用。表面增强拉曼散射克服了拉曼光谱灵敏度低的缺点，可以获得常规拉曼光谱所无法得到的结构信息。SERS源于表面等离子体共振引起的局域电磁场，因此微纳结构热点处的电场增强在SERS领域得到了广泛的应用。研究人员已经设计出了许多相应的微纳结构，并实现了较高的电场增强和SERS测量，主要包括：通过各种形状的金属纳米颗粒激发的局域表面等离子体来提高电场增强，通过介质光栅-金属薄膜结构或者金属光栅-介质薄膜结构激发传播表面等离子体来提高电场增强。但是这些结构仍然存在一定的不足，主要表现在以下几个方面：

(1)结构单一、电场增强较小：利用金属纳米颗粒激发的局域表面等离子体来提高电场增强，这种结构只是激发了单一的局域表面等离子体；通过介质光栅-金属薄膜结构或者金属光栅-介质薄膜结构激发传播表面等离子体来提高电场增强，这种结构只是激发了单一的传播表面等离子体来提高电场增强，没有传播表面等离子体和局域表面等离子体之间的强共振耦合，因此电场增强较小。

(2)制备工艺复杂、成本高：通过金属光栅-介质薄膜激发的传播表面等离子体来提高电场增强因子，金属光栅/介质薄膜在制备上有一定难度，成本较高。

发明内容

本发明的目的是提供基于介质光栅-金属薄膜与金属纳米颗粒复合结构的表面增强拉曼散射基底，对上述用于提高电场增强的微纳结构进行技术改进，从而实现超高的电场增强，同时降低操作的难度和成本。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

基于介质光栅-金属薄膜与金属纳米颗粒复合结构的表面增强拉曼散射基底，所述的基底从下到上依次包括玻璃衬底，金属薄膜，介质光栅，金属纳米颗粒；当TM偏振光正入射介质光栅-金属薄膜与金属纳米颗粒的复合结构表面时，在介质光栅-金属薄膜分界面上激发传播表面等离子体，在金属纳米颗粒上激发局域表面等离子体，传播表面等离子体和局域表面等离子体的强共振耦合，将使复合结构热点处的电场得到很大的增强，进而得到很强的表面增强拉曼散射信号。

其中，所述的金属薄膜，通过电子束蒸发蒸镀到玻璃衬底上。

其中，所述的介质光栅，通过光刻法制备在蒸镀了金属薄膜的玻璃衬底上。

其中，所述的金属纳米颗粒，通过化学方法制备。

其中，将金属纳米颗粒的水溶液滴涂在制备好的介质光栅上，自然晾干，得到介质光栅-金属薄膜与金属纳米颗粒复合结构。