铝纳米结构表面增强拉曼散射效应的研究

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UV-SERS在探测吸收带位于紫外光区的DNA分子时具备更高的灵敏度,并且可以在避免荧光背景的同时增强拉曼信号,因而在低浓度情况下,利用UV-SERS来探测混合的复杂分子信息更为精准有效。在众多金属材料中,铝的纳米结构可以拓展LSPR响应至紫外光区,因而应用于UV-SERS中,可以有效的提升探测分子的拉曼散射模式。首先,本文建立了铝纳米结构的基本模型,利用FDTD方法对铝纳米结构的LSPR特性进行了理论仿真分析。结果表明,铝纳米结构的LSPR响应特性,随着纳米结构尺寸的减小可以扩展至紫外光区。对于铝纳米结构而言,可以形成“热点”区域的铝纳米结构具有较高的增益,其电磁场增益的理论值高达7.83×106。相比于单个大尺寸的铝纳米颗粒而言,尺寸较小,粒子密度较大,可以形成“热点”区域的纳米颗粒具有更高的增益。其次,根据仿真分析结果,利用快速退火自组装方法制备出铝的纳米结构。基于Volmer-Webber生长模式,在沉积过程中可直接形成尺寸较小、密度较大的铝纳米颗粒。随着退火温度的升高,铝纳米结构的尺寸增大,随着沉积厚度的增加,铝纳米结构的形貌由纳米颗粒转变为长条铝纳米块。最后,在制备好的铝纳米结构上获取腺嘌呤的紫外SERS光谱,研究其SERS增益与铝纳米结构之间的关系。实验结果表明,经蒸镀后直接形成的铝纳米颗粒产生的SERS增益最强,其最强增益可以达到3.49×107。对该SERS基板进行性能测试以及稳定性分析,发现该基板其探测极限可以达到10-7 M,并且具备优异的可再现性,对紫外SERS基板的工业化、大面积制备有着重要意义。
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