[发明专利]一种SPR在近红外具有强SERS活性的Ag/TiS

说明书

本发明公开了一种SPR在近红外具有强SERS活性的Ag/TiS₂分层复合基底及其制备方法，属于复合纳米功能材料技术领域。本发明的目的是改善TiS₂表面增强拉曼散射活性，获得有较强拉曼活性的基底，本发明所提供的复合基底为Ag和TiS₂的复合材料，该复合结构是将Ag和TiS₂通过分层溅射的方式沉积在200nm六方密排阵列的聚苯乙烯小球上获得，其中Ag厚度为10nm，TiS₂厚度为2～10nm，具有在红外区可调的SPR特性，通过改变TiS₂的厚度就可以实现SPR的精确调控。

技术领域

本发明属于复合纳米功能材料技术领域。

背景技术

近几十年来，人们一直在研究贵金属纳米颗粒中的局域表面等离子体共振(LSPR)特性。然而在半导体如Cu_2-xS，ZnO等中也发现了LSPR。当半导体的掺杂量增加时，LSPR移动到近红外区域。Zhu等首次通过理论分析和实验证明了在半金属TiS₂中也存在近红外区LSPR特性。这个发现首次将传统的纳米等离子技术拓展到贵金属以外的材料。自此LSPR不再被视为是贵金属“独有”属性，而是载流子集合的光学特征。贵金属纳米粒子的LSPR可以通过改变纳米粒子的大小、形状、组成或介电环境来调节。与金属不同的是，当半金属TiS₂达到纳米尺寸后，其吸收波长达到近红外波段。TiS₂表面等离子体共振特性对其厚度变化非常敏感，因此可以通过控制半金属TiS₂厚度进而精确调控SPR。但是TiS₂很弱的表面增强拉曼散射活性限制了其在拉曼散射领域的应用，因此设计和研究Ag/TiS₂复合SERS活性基底，可以拓展SERS技术理论和应用的范围。

发明内容

为了改善TiS₂表面增强拉曼散射活性，获得有较强拉曼活性的基底，本发明公开了一种SPR在近红外的Ag/TiS₂表面增强拉曼散射活性基底，该基底为Ag和TiS₂的复合材料，该复合结构是将Ag和TiS₂通过分层溅射的方式沉积在200nm六方密排阵列的聚苯乙烯小球上获得，其中Ag厚度为10nm，TiS₂厚度为2～10nm。

通过改变TiS₂的溅射时间，调控Ag/TiS₂活性基底在近红外区的SPR，利用Ag的局域表面等离子体共振效应与半金属TiS₂的等离子体共振发生耦合，实现对SERS的增强。

该复合材料的制备步骤为：

(1)清洗硅片。将硅片并放入烧杯中，在烧杯中分别加入体积比为1:2:6的氨水、过氧化氢和去离子水的混合溶液中。将烧杯放在烤焦台上加热至沸腾，并保持5～10min，冷却后将液体倒出，依次用去离子水，无水乙醇反复超声15min。

(2)制备六方密排的聚苯乙烯小球阵列。直径200nm聚苯乙烯小球和无水乙醇的按照体积比为1:1混合，再通过超声处理使聚苯乙烯小球均匀分散，用移液枪将聚苯乙烯小球分散液滴在大块的硅片，使分散液均匀分布在硅片上，将大硅片缓慢倾斜的滑入液面平稳的器皿中，在水面上形成密排的聚苯乙烯小球阵列，最后用清洗后的硅片将浮在水面上的小球阵列缓慢的捞起来，吸水干燥后备用。

(3)制备Ag/TiS₂分层纳米结构。利用真空沉积系统制备Ag/TiS₂分层纳米结构。将制备完成的二维模板放入溅射室。真空度为2×10^-4Pa，工作压强为0.6Pa，气流量为25sccm。Ag的溅射速率为10nm/min，溅射时间为1min。TiS₂的溅射速率为2nm/min，溅射时间为1min～5min，优选1min。最后我们制备得到SPR在近红外区的Ag/TiS₂复合纳米结构。