基于PS球自组装技术的微纳结构制备及SERS应用
发布时间：2021-09-07 16:46
微纳结构以其特殊的光、电、磁等性质在众多领域有着广泛的应用,而周期性排列的微纳结构因具有良好的结构有序性和可控性在表面增强拉曼散射（Surface-enhanced Raman Scattering,SERS）基底制备领域引起了广泛关注。但基于光刻工艺的SERS基底制备需要昂贵的设备,成本高,从而限制了这类SERS基底的应用。采用低成本、多样化的胶体球自组装技术可方便、精确的制备周期性排列的微纳结构。本文采用聚苯乙烯（Polystyrene,PS）球自组装技术制备微纳结构作为SERS基底,同时研究SERS基底在检测方面的应用。主要开展的工作和成果如下:（1）基于气液界面法搭建了一套实验装置可制备出大面积紧密排列的聚苯乙烯（PS）球自组装单层膜并平稳的转移到衬底上。通过反应离子刻蚀法（RIE）制备了非紧密排列的PS球自组装掩膜,实验发现,PS球直径随着刻蚀时间的增加而线性减小,由此可精确控制PS球掩膜以及微纳结构的尺寸。（2）利用刻蚀工艺对PS球进行表面粗糙化,并形成纳米金颗粒从而制备了大面积基于PS球结构的SERS基底。此SERS基底灵敏度高、重复性好。采用时域有限差分法证实纳米金颗粒...
【文章来源】：北方工业大学北京市
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
拉曼散射产生过程示意图
。此过程中，光子与分子间没有能量交换，入射光的频率和散射光的频率相同，即是瑞利散射(Rayleighscattering)过程[3]。另一种情况为：电子受光子激发而来到激发虚态，再由激发虚态回到振动态的这个过程，光子与电子之间有能量传递，电子在此过程中不能回到原来的能态，光子获得或者失去一部分能量，此时光子与物质分子发生散射作用称为拉曼散射(Ramanscattering)过程[4]。拉曼散射分为托克斯散射和反托克斯散射。Δν是能量的变化即拉曼位移，取决于分子的结构与ν0无关，所以拉曼光谱的特征峰可以提供分子的振动信息。图1-2拉曼散射原理示意图1.2.2SERS增强机制拉曼散射信号很弱，限制了拉曼光谱的应用。为了增强拉曼信号的强度，人们进行了很多研究。1974年，英国的南安普顿大学Fleischmann等[5]发现当吡啶分子吸附在粗糙电极表面时，拉曼散射信号会显著提高。直至1977年，Jeanmaire等[6]与Albrecht等[7]通过计算得出吡啶分子的拉曼信号增加了105-106个数量级，他们将这种增强效应称为表面增强拉曼散射效应，对应的光谱则称为表面增强拉曼光谱(Surface-EnhancedRamanScattering，简称SERS)。表面增强拉曼散射由于其灵敏度高、选择性高、特异性强在医学诊断[8-9]，环境保护[10-11]，食品安全[12-13]等领域得到了广泛的应用。根据对SERS的理论研究，SERS具有以下四个特点[14-16]：（1）SERS对基底材料具有选择性。贵金属Ag、Au、Cu的SERS增强效果较好，其中Ag的增强效果最好。过渡金属(如Rh、Pt、Co、Fe和Ni)也具有增强效果，但是增强效果较差。（2）SERS基底表面应具有一定粗糙度。电化学氧化还原法、溅射法、自组装法以及刻蚀法等都可以形成粗糙的衬底。
烧?龋?虼宋?皆诮?属粒子表面的分子的拉曼信号受到极大的增强[3]。等离子体是金属自由电子的集体振荡，在一定频率的激发下与入射光场产生共振，这些振荡可以通过宏观表面的表面等离子体激元（surfaceplasmonpolaritons，SPPs）或纳米结构的局域表面等离子体（localizedsurfaceplasmons,LSPs）来实现。SPPs沿金属和介电界面的表面传播，在该界面上，电磁场强呈指数衰减[18]，电磁场强被紧紧限制在金属表面[19-20]。另一方面，LSPs将电磁场集中在金属纳米粒子周围，金属纳米粒子的电子云随着入射场的振荡极性被前后拉动（见图1-3）[21-22]。这一过程导致粒子发射自己的偶极场，从而增强了入射电磁常当入射辐射接近局域表面等离子体共振（LSPR）频率时，电磁场增强效应增强。评估电磁增强幅度最简单的理论方法是通过偶极子辐射的静电近似。在光的作用下金属粒子将发出自己的偶极场，增强局部光场，一旦增强的入射光激发了纳米粒子表面的分子，来自分子的散射场也可以通过金属纳米粒子增强。这些电磁增强的区域称为热点。图1-3金属粒子振荡电子云的示意图化学增强（CE）机制是分子吸附到金属表面时发生的电荷变化。它最初由Albrecht和Chreighton[23]提出，后来由实验数据证实[24-25]与电磁增强机制相比，
【参考文献】：
期刊论文
[1]芯片制造中的化学反应[J]. 周易. 山西化工. 2018(05)
[2]离子液体-基质固相分散-超声雾化-固相萃取结合高效液相色谱法检测人参中三嗪类除草剂[J]. 陈一鑫,冯清胜,王晓中,李兰杰,李绪文,金永日. 分析化学. 2016(07)
[3]QuEChERS-超高效液相色谱-串联质谱法测定蔬菜中250种农药残留[J]. 张爱芝,王全林,曹丽丽,李誉,沈昊,沈坚,张书芬,满正印. 色谱. 2016(02)
[4]表面增强拉曼光谱检测鱼肉中禁用和限用药物研究[J]. 李春颖,赖克强,张源园,裴鹭,黄轶群. 化学学报. 2013(02)
[5]二氧化硅的反应离子刻蚀工艺研究[J]. 杨光,苟君,李伟,袁凯. 微处理机. 2012(03)
[6]苏丹红Ⅰ和对位红残留检测ELISA试剂盒的研制[J]. 何方洋,万宇平,李静,罗晓琴. 畜牧兽医杂志. 2011(03)
[7]食品中苏丹红Ⅰ～Ⅳ及对位红的GC-MS/SIM法研究[J]. 张胜帮,韩超,刘继东,方超. 中国食品学报. 2009(02)
[8]激光拉曼光谱的发展历史、原理以及在催化领域的应用[J]. 李帅鲜,高启楠. 科技资讯. 2008(18)
[9]食品中苏丹红Ⅰ号的单扫示波极谱测定法[J]. 张文德. 中国食品卫生杂志. 2006(04)
[10]固体催化剂的研究方法 第十六章 电化学催化中的激光拉曼光谱法(上)[J]. 任斌,田中群. 石油化工. 2002(06)
硕士论文
[1]基于不同活性基底的表面增强拉曼光谱法对农兽药物残留的分析检测研究[D]. 李盼.浙江工业大学 2017
[2]周期性硅纳米线和纳米多孔硅的制备及其光电性能研究[D]. 张栋.上海师范大学 2016
[3]基于自组装技术制备表面增强拉曼散射基底的研究[D]. 李康.天津大学 2014
[4]基于拉曼光谱的易燃易爆品检测技术的研究[D]. 杨秋宝.沈阳理工大学 2012
本文编号：3389900
【文章来源】：北方工业大学北京市
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
拉曼散射产生过程示意图
。此过程中，光子与分子间没有能量交换，入射光的频率和散射光的频率相同，即是瑞利散射(Rayleighscattering)过程[3]。另一种情况为：电子受光子激发而来到激发虚态，再由激发虚态回到振动态的这个过程，光子与电子之间有能量传递，电子在此过程中不能回到原来的能态，光子获得或者失去一部分能量，此时光子与物质分子发生散射作用称为拉曼散射(Ramanscattering)过程[4]。拉曼散射分为托克斯散射和反托克斯散射。Δν是能量的变化即拉曼位移，取决于分子的结构与ν0无关，所以拉曼光谱的特征峰可以提供分子的振动信息。图1-2拉曼散射原理示意图1.2.2SERS增强机制拉曼散射信号很弱，限制了拉曼光谱的应用。为了增强拉曼信号的强度，人们进行了很多研究。1974年，英国的南安普顿大学Fleischmann等[5]发现当吡啶分子吸附在粗糙电极表面时，拉曼散射信号会显著提高。直至1977年，Jeanmaire等[6]与Albrecht等[7]通过计算得出吡啶分子的拉曼信号增加了105-106个数量级，他们将这种增强效应称为表面增强拉曼散射效应，对应的光谱则称为表面增强拉曼光谱(Surface-EnhancedRamanScattering，简称SERS)。表面增强拉曼散射由于其灵敏度高、选择性高、特异性强在医学诊断[8-9]，环境保护[10-11]，食品安全[12-13]等领域得到了广泛的应用。根据对SERS的理论研究，SERS具有以下四个特点[14-16]：（1）SERS对基底材料具有选择性。贵金属Ag、Au、Cu的SERS增强效果较好，其中Ag的增强效果最好。过渡金属(如Rh、Pt、Co、Fe和Ni)也具有增强效果，但是增强效果较差。（2）SERS基底表面应具有一定粗糙度。电化学氧化还原法、溅射法、自组装法以及刻蚀法等都可以形成粗糙的衬底。
烧?龋?虼宋?皆诮?属粒子表面的分子的拉曼信号受到极大的增强[3]。等离子体是金属自由电子的集体振荡，在一定频率的激发下与入射光场产生共振，这些振荡可以通过宏观表面的表面等离子体激元（surfaceplasmonpolaritons，SPPs）或纳米结构的局域表面等离子体（localizedsurfaceplasmons,LSPs）来实现。SPPs沿金属和介电界面的表面传播，在该界面上，电磁场强呈指数衰减[18]，电磁场强被紧紧限制在金属表面[19-20]。另一方面，LSPs将电磁场集中在金属纳米粒子周围，金属纳米粒子的电子云随着入射场的振荡极性被前后拉动（见图1-3）[21-22]。这一过程导致粒子发射自己的偶极场，从而增强了入射电磁常当入射辐射接近局域表面等离子体共振（LSPR）频率时，电磁场增强效应增强。评估电磁增强幅度最简单的理论方法是通过偶极子辐射的静电近似。在光的作用下金属粒子将发出自己的偶极场，增强局部光场，一旦增强的入射光激发了纳米粒子表面的分子，来自分子的散射场也可以通过金属纳米粒子增强。这些电磁增强的区域称为热点。图1-3金属粒子振荡电子云的示意图化学增强（CE）机制是分子吸附到金属表面时发生的电荷变化。它最初由Albrecht和Chreighton[23]提出，后来由实验数据证实[24-25]与电磁增强机制相比，
【参考文献】：
期刊论文
[1]芯片制造中的化学反应[J]. 周易. 山西化工. 2018(05)
[2]离子液体-基质固相分散-超声雾化-固相萃取结合高效液相色谱法检测人参中三嗪类除草剂[J]. 陈一鑫,冯清胜,王晓中,李兰杰,李绪文,金永日. 分析化学. 2016(07)
[3]QuEChERS-超高效液相色谱-串联质谱法测定蔬菜中250种农药残留[J]. 张爱芝,王全林,曹丽丽,李誉,沈昊,沈坚,张书芬,满正印. 色谱. 2016(02)
[4]表面增强拉曼光谱检测鱼肉中禁用和限用药物研究[J]. 李春颖,赖克强,张源园,裴鹭,黄轶群. 化学学报. 2013(02)
[5]二氧化硅的反应离子刻蚀工艺研究[J]. 杨光,苟君,李伟,袁凯. 微处理机. 2012(03)
[6]苏丹红Ⅰ和对位红残留检测ELISA试剂盒的研制[J]. 何方洋,万宇平,李静,罗晓琴. 畜牧兽医杂志. 2011(03)
[7]食品中苏丹红Ⅰ～Ⅳ及对位红的GC-MS/SIM法研究[J]. 张胜帮,韩超,刘继东,方超. 中国食品学报. 2009(02)
[8]激光拉曼光谱的发展历史、原理以及在催化领域的应用[J]. 李帅鲜,高启楠. 科技资讯. 2008(18)
[9]食品中苏丹红Ⅰ号的单扫示波极谱测定法[J]. 张文德. 中国食品卫生杂志. 2006(04)
[10]固体催化剂的研究方法 第十六章 电化学催化中的激光拉曼光谱法(上)[J]. 任斌,田中群. 石油化工. 2002(06)
硕士论文
[1]基于不同活性基底的表面增强拉曼光谱法对农兽药物残留的分析检测研究[D]. 李盼.浙江工业大学 2017
[2]周期性硅纳米线和纳米多孔硅的制备及其光电性能研究[D]. 张栋.上海师范大学 2016
[3]基于自组装技术制备表面增强拉曼散射基底的研究[D]. 李康.天津大学 2014
[4]基于拉曼光谱的易燃易爆品检测技术的研究[D]. 杨秋宝.沈阳理工大学 2012
本文编号：3389900
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