表面增强拉曼光谱技术由于具有高灵敏性、低成本及无损检测等优良性质,可作为一种高效的检测工具在诸多领域得以广泛应用。其中,表面增强拉曼散射(SERS)基底的制备一直是该领域的研究重点,而有序阵列结构由于可实现热点的均一分布引起了研究者们的密切关注。目前报道最多的制备方法可分为自上而下的加工法和自下而上的自组装法。相比自上而下的加工技术而言,自下而上的自组装方法具有制备成本低廉、可控范围缩小至纳米级等多方面优势。在增强机制上,虽然有序阵列可提供高重现性的拉曼信号,但往往灵敏性较弱。这主要是由于阵列结构上形成的热点密度较低,例如金属包覆纳米球有序阵列结构(FON)等。在实际应用上,已报道的有序阵列SERS基底对不同应用环境的兼容性是有限的,例如刚性SERS基底不能适应曲面等特殊结构的原位检测,而柔性SERS基底相比刚性基底支撑性不足。因此,通过简便、成本低廉的方法开发出超灵敏、高重现性且具有良好兼容性的SERS基底仍然是一个挑战。本论文致力于对有序阵列结构拉曼增强机制的深入研究,构筑超灵敏、高兼容性的SERS基底,进而探究其在环境分析、催化反应检测等方面的性能,主要内容如下:(1)通过将自组装的单层金纳米颗粒(AuNPs)与单层二氧化硅(SiO2)蛋白石结构相结合构筑出二元岛状阵列结构,并将其作为SERS基底。该基底具有高密度的周期性热点,其增强因子(EF)达到3.74×1010,信号强度的相对标准偏差低于8%。FDTD模拟表明二元岛状阵列结构为增加热点的密度和强度提供了几何条件,并且热点呈现周期性分布。由于AuNPs优异的催化性能(在激发光诱导下可产生热载流子),该基底实现了对4-氨基苯硫酚(4-ATP)偶联为4,4’-二巯基偶氮苯(4,4’-DMAB)催化反应过程的监测。由于催化效率与AuNPs数量有关,可以通过改变SiO2微球的大小来调节光催化活性。(2)通过多步组装的策略获得了 AuNPs于金属半球形蜂窝状阵列上的复合结构(PIHHN),该基底可实现多方向、超灵敏、可重现的SERS检测。对罗丹明6G(R6G)的检测浓度低至10-15M,拉曼信号的相对标准偏差不超过6%。FDTD仿真表明与单一的半球形蜂窝状阵列相比,AuNPs的加入可将光场聚焦于间隙处,且产生间隙共振模式与腔体共振模式的耦合,获得更高幅度的电磁场增强。此外,在AuNPs之间以及AuNPs与腔体之间产生更多新的热点区域,进一步增加了热点密度。另外,当基底倾斜75°时,SERS信号强度仅衰减一半;基底弯曲60°时,SERS信号依然保持稳定。基于这一性质,该基底实现了对被污染土壤的现场检测,可检测出低至0.5 ppb的污染物。(3)通过探究油胺对AuNPs(OA-Au)组装行为的影响,发现适当的有机配体含量将延长OA-Au在蒸发边缘的热振动时间,使其趋向有序结构。利用喷墨打印技术可实现OA-Au超晶格结构的图案化,构筑出多通道SERS检测芯片。此外,将基底由固相转为液相,获得大面积连续的超晶格阵列结构。通过微接触法可将OA-Au阵列转移至任意形状或不同性质的基底上,扩展了SERS基底的应用范围,从而有望实现按需制备SERS基底。