[发明专利]金属石墨烯多层谐振结构增强拉曼红外双光谱器件及制备方法

摘要

一种金属石墨烯多层谐振结构增强拉曼红外双光谱器件，包括衬底、金属反射层、介质层、金属微米天线、石墨烯薄膜、金属纳米颗粒。介质层位于金属微米天线和金属反射层之间，形成金属‑介质‑金属反射型微米天线结构。石墨烯薄膜位于金属纳米颗粒和金属微米天线之间，形成纳米间隙。在红外光波照射下，激发金属微米天线的天线谐振效应，在宽波段范围内增强痕量分子的红外吸收光谱信号。在可见光波段激光照射下，激发金属纳米颗粒的局域表面等离激元，在金属纳米颗粒与金属微米天线之间的纳米间隙产生高强度的局域电场谐振模式，增强痕量分子的拉曼散射信号。本发明具有增强波段宽，增强因子高，可大面积加工，成本低廉，探测物质种类范围广等优点。

主权项

1.一种金属石墨烯多层谐振结构增强拉曼红外双光谱器件，其特征在于：包括自下而上依次设置的衬底、金属反射层、介质层、金属微米天线、石墨烯薄膜以及金属纳米颗粒；所述介质层，位于所述金属微米天线和所述金属反射层之间，形成金属‑ 介质‑金属反射型微米天线结构，在红外波段增强器件的表面增强红外光谱性能；所述石墨烯薄膜，位于所述金属纳米颗粒和所述金属微米天线之间，形成纳米间隙，在可见波段增强器件的表面增强拉曼光谱性能；所述金属微米天线，是在介质层上不同区域设计的不同结构的微米天线阵列，使得金属微米天线的谐振峰分布在宽波段红外范围内，金属微米天线在红外光波激发下产生天线谐振效应，从而在金属微米天线边缘处产生强局域电场，当天线谐振频率与待检测物质的分子振动频率相一致时，极大增强被测分子的振动信号强度；每个区域中的微米天线阵列图形一样，具体尺寸及周期参数呈线性递增变化，从而在不同区域实现对待测分子不同振动模式的选择性增强和宽波段探测；所述金属纳米颗粒，其在可见光波激发下产生局域表面等离激元，从而在金属纳米颗粒周围产生强局域电场，进一步利用石墨烯纳米间隙使得金属纳米颗粒与金属微米天线发生耦合，进一步提高器件的表面增强拉曼光谱性能。