三光束激光干涉诱导向后转移制备金纳米结构及其SERS特性
发布时间：2021-01-08 18:34
为了提高激光诱导向后转移制备微纳阵列结构的效率,本文提出三光束激光干涉诱导向后转移（LIIBT）技术,为激光干涉技术与激光诱导向后转移的有机结合。本文以ITO玻璃为接收衬底,金薄膜为靶材,LIIBT过程中采用三光束激光干涉进行加工。SEM结果表明,在激光能量密度为25 mJ/cm2,金膜厚度为50 nm条件下,获得了较好的阵列结构,周期为5μm,金纳米粒子均匀分布在其表面,尺寸小于100 nm的粒子达到80%以上。EDX分析结果表明微米尺度点阵由大量的In元素组成,该结构的形成源于激光与ITO层相互作用。将1.0×10-5,1.0×10-7和1.0×10-9M的罗丹明6G溶液,旋涂于微结构表面并进行拉曼光谱研究,在612 cm-1,773 cm-1,1 190 cm-1,1 319 cm-1和1 511 cm-1处发现了罗丹明6G的特征峰,说明制备的金纳米结构对微量的罗丹明6G有明显的SER...
【文章来源】：光学精密工程. 2020,28(02)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
(a)三光束LIIBT实验系统,其中,BS为分光镜,M为反射镜,H1,H2,H3为半波片,P1,P2,P3为偏振片;(b)三光束(1 064 nm)LIIBT制备周期性结构工作原理放大示意图;(c)金纳米粒子向后转移过程示意图;(d)利用LIIBT制备的周期性结构的SEM图像
实验发现,激光能量密度从15 mJ/cm2增大至25 mJ/cm2,样品表面纳米结构由连续的波浪状结构向独立的微米尺度点阵结构转变,当激光能量密度增大至30 mJ/cm2时,点阵结构边缘变得不规则。如图3所示,当激光能量密度为15,20 mJ/cm2时,纳米粒子尺度集中于300 nm以下,当激光能量密度为25 mJ/cm2时,纳米粒子大多小于100 nm,当激光能量密度增大到30 mJ/cm2时,纳米粒子尺度呈现增大趋势,纳米粒子尺度主要分布在200～500 nm之间。图3 不同激光能量密度下,利用50 nm作为靶材转移到ITO玻璃表面的纳米粒子分布情况
图2 金薄膜厚度为50 nm条件下,三光束LIIBT技术制备微结构的SEM图像(所有给出的激光能量密度均指单光束的激光能量密度)为了验证金薄膜厚度对金纳米粒子向后转移的影响,进一步采用厚度为200 nm的金薄膜作为靶材在激光能量密度为15,20,25,30 mJ/cm2条件下进行实验研究。图4为上述条件下制备的样品的SEM形貌图,其中的插图分别为其局部放大形貌图。图4(a)是激光能量密度为15 mJ/cm2条件下的SEM表面形貌图,在该能量密度下获得的结构为微米尺度波浪状条纹,与金薄膜厚度为50 nm时类似。从图5(a)中柱状图可以看出尺寸大于300 nm纳米粒子接近70%。图4(b)所示为激光能量密度为20 mJ/cm2条件下样品表面纳米结构的SEM图像,可以看出随着激光能量密度的增大,波浪状条纹结构开始向独立的点阵结构转变,表面粒径大于300 nm的纳米粒子的数量呈现增加趋势达到80%(图5(b))。激光能量密度为25 mJ/cm2条件下制备的点阵结构表面SEM图像如图4(c)所示,微米尺度点阵结构呈现较好的周期性且表面的纳米粒子尺寸呈现出增大趋势,并展示出许多雨滴状粒子。这一点也可从图5(c)所示的柱状图看出,虽然300 nm尺度的纳米粒子仍然占很大比例,但接近800 nm的纳米粒子开始出现。当激光能量密度增大至30 mJ/cm2时,点阵结构虽然仍保持明显的周期性特征,但单个点的形貌却呈现不规则形状,如图4(d)所示,另外,从插图中还观察到表面纳米粒子数量减少的情况,且雨滴状粒子的数量有所增加。图5(d)的柱状图也给出的粒子变化情况,发现大尺寸粒子呈现明显的增长趋势,尺寸大于1 μm的粒子超过10%。
本文编号：2965090
【文章来源】：光学精密工程. 2020,28(02)北大核心
【文章页数】：10 页
【部分图文】：
(a)三光束LIIBT实验系统,其中,BS为分光镜,M为反射镜,H1,H2,H3为半波片,P1,P2,P3为偏振片;(b)三光束(1 064 nm)LIIBT制备周期性结构工作原理放大示意图;(c)金纳米粒子向后转移过程示意图;(d)利用LIIBT制备的周期性结构的SEM图像
实验发现,激光能量密度从15 mJ/cm2增大至25 mJ/cm2,样品表面纳米结构由连续的波浪状结构向独立的微米尺度点阵结构转变,当激光能量密度增大至30 mJ/cm2时,点阵结构边缘变得不规则。如图3所示,当激光能量密度为15,20 mJ/cm2时,纳米粒子尺度集中于300 nm以下,当激光能量密度为25 mJ/cm2时,纳米粒子大多小于100 nm,当激光能量密度增大到30 mJ/cm2时,纳米粒子尺度呈现增大趋势,纳米粒子尺度主要分布在200～500 nm之间。图3 不同激光能量密度下,利用50 nm作为靶材转移到ITO玻璃表面的纳米粒子分布情况
图2 金薄膜厚度为50 nm条件下,三光束LIIBT技术制备微结构的SEM图像(所有给出的激光能量密度均指单光束的激光能量密度)为了验证金薄膜厚度对金纳米粒子向后转移的影响,进一步采用厚度为200 nm的金薄膜作为靶材在激光能量密度为15,20,25,30 mJ/cm2条件下进行实验研究。图4为上述条件下制备的样品的SEM形貌图,其中的插图分别为其局部放大形貌图。图4(a)是激光能量密度为15 mJ/cm2条件下的SEM表面形貌图,在该能量密度下获得的结构为微米尺度波浪状条纹,与金薄膜厚度为50 nm时类似。从图5(a)中柱状图可以看出尺寸大于300 nm纳米粒子接近70%。图4(b)所示为激光能量密度为20 mJ/cm2条件下样品表面纳米结构的SEM图像,可以看出随着激光能量密度的增大,波浪状条纹结构开始向独立的点阵结构转变,表面粒径大于300 nm的纳米粒子的数量呈现增加趋势达到80%(图5(b))。激光能量密度为25 mJ/cm2条件下制备的点阵结构表面SEM图像如图4(c)所示,微米尺度点阵结构呈现较好的周期性且表面的纳米粒子尺寸呈现出增大趋势,并展示出许多雨滴状粒子。这一点也可从图5(c)所示的柱状图看出,虽然300 nm尺度的纳米粒子仍然占很大比例,但接近800 nm的纳米粒子开始出现。当激光能量密度增大至30 mJ/cm2时,点阵结构虽然仍保持明显的周期性特征,但单个点的形貌却呈现不规则形状,如图4(d)所示,另外,从插图中还观察到表面纳米粒子数量减少的情况,且雨滴状粒子的数量有所增加。图5(d)的柱状图也给出的粒子变化情况,发现大尺寸粒子呈现明显的增长趋势,尺寸大于1 μm的粒子超过10%。
本文编号：2965090
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