近年来,由于等离子金属阵列结构具有较高的灵敏度以及显著的电磁增强效应等特点被广泛应用于太阳能电池、表面增强拉曼散射光谱、等离子光学器件等领域。相较于等离子体纳米粒子,纳米阵列具有更好的性能稳定性和重现性,目前制备等离子体金属阵列结构的常用方法为聚焦离子束刻蚀、电子束刻蚀、纳米球刻蚀以及纳米压印技术。为了在降低刻蚀成本的同时构筑出大面积、灵敏度较高、重复性较强的金属阵列结构需要对构筑方法进行合理选择和实验设计。本文综合利用改进的气液固模板法构筑出大面积尺寸可调的聚苯乙烯微球(PS)自组装单层膜模板并结合纳米球刻蚀技术在聚二甲基硅氧烷(PDMS)基底和硅基底通过控制刻蚀气体和刻蚀时间来构筑阵列结构;结合纳米压印技术在聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)基底上通过控制压印温度和时间来构筑阵列结构。在构筑的阵列结构表面沉积金膜并对其表面等离子共振(SPR)性能进行表征,实现大面积多热点的金等离子体阵列结构构筑。本论文研究内容主要包括:(1)PS微球自组装单层膜模板的构筑:为了得到制备过程简单、大面积和少缺陷的用于纳米球刻蚀的掩膜版,本实验部分使用自制改进装置在气-液界面构筑了PS微球自组装单层膜,通过调节悬浮液在玻璃片上的扩散时间,调整水相的p H以及温度,得到最大单畴面积为0.5 mm2的PS微球自组装单层膜,实现了不同尺寸的PS球阵列在宏观尺度上的构筑。(2)双层金网状阵列结构构筑及其性能表征:本实验部分以粒径500 nm的PS球单层膜作为模板结合纳米球刻蚀技术对PDMS进行刻蚀,刻蚀过程中小球边缘产生固化层,延长刻蚀时间最终在PDMS基底上得到双层复合网状阵列结构,蒸镀50 nm金膜后,在650 nm附近存在强度较弱的SPR峰。将此基底作为表面增强拉曼散射(SERS)基底对R6G进行检测,发现拉曼信号强度增强较弱,通过时域有限差分法(FDTD)电磁场模拟分析增强较弱的原因发现发生局域表面等离子共振的“热点”区域位于网状阵列结构的上层孔的下边缘和下层孔的上边缘,这些区域吸附的R6G分子较少或难以吸附R6G分子,因此对R6G的SERS增强效果不明显。(3)SPR金纳米锥柱复合阵列构筑及其性能表征:本实验部分为了进一步提高金纳米阵列结构的等离子性能,分别以粒径300 nm和500 nm的PS微球自组装单层膜为模板,综合利用纳米球刻蚀技术和反应离子束刻蚀技术在硅片上构筑复合纳米锥柱阵列结构;通过蒸镀不同厚度金膜作为SERS基底,对浓度为10-6 M的R6G进行拉曼表征。实验结果表明以粒径500 nm的PS微球自组装膜为掩膜版对含有300 nm厚的硅片进行30 min的反应离子束刻蚀并沉积80 nm厚的金膜测得的SERS最大增强因子为1.17×106,FDTD模拟结果表明在波长620、660和700 nm处存在等离子峰与实验结果一致,实现了多“热点”金等离子体复合阵列的构筑。(4)SPR金纳米锥柱复型阵列的构筑及其性能研究:为了拓展纳米锥柱等离子体阵列结构的应用领域,本实验部分以上述纳米锥柱阵列结构为模板利用纳米压印技术在PMMA上构筑纳米锥柱的复型结构,实验结果表明硅片刻蚀时间为30 min并经浇铸PDMS后再将PDMS结构通过纳米压印转印到PMMA上,蒸镀厚度为50 nm的金膜后得到的阵列结果与FDTD模拟结果在波长600 nm处得到等离子共振峰一致,使得该阵列结构在增强量子点发光领域存在较大应用前景。