修饰金属纳米线及多维复合结构的表面增强拉曼光谱研究

【摘要】二十一世纪以来,纳米领域相关研究蓬勃发展。其中,以银为典型代表的贵金属纳米材料,展现出独特出众的光学性质。在特定波长入射光激发下,贵金属纳米材料表面自由电子随入射光场集体振荡,形成表面等离子体共振(SurfacePlasmonResonance,SPR),这使得贵金属纳米材料间隙处的电磁场被极大增强。表面增强拉曼光谱(Surface-EnhancedRamanSpectroscopy,SERS)的主要增强机制,正是运用了这种电磁场增强来放大处于贵金属纳米材料间隙处分子的拉曼信号。在SERS领域,通常将贵金属纳米材料的间隙形象地称为拉曼“热点”(raman”hotspots”)。如何通过简单易行的方法制备具有大量拉曼“热点”的贵金属增强基底是如今SERS研究的重要课题。基于此,本文的主要开展了如下研究工作：首先,运用醇热法制得表面光滑、直径约为300nm,长度可达十几μm的银纳米线,为进一步研究做准备。最近几年,银纳米线的表面等离子体传输特性研究取得了突破性成果,使得这种线状一维纳米材料吸引了科研人员的兴趣与关注。除银纳米线SERS特性之外,本文在自行设计搭建的光学平台上,实现了银纳米线对波长为633nm激光的传导,并通过实验数据概括出银纳米线长度与其光传导效率之间的关系。其次,设计简单的化学反应,对单根光滑银纳米线的表面形貌进行修饰,获得具有大量拉曼“热点”的新型单根银纳米线SERS增强基底。通过控制反应条件,获得不同修饰程度的单根银纳米线,并运用扫描电子显微镜表征其表面形貌。选用对硫基苯甲酸分子做为拉曼探针分子,发现经纳米量级表面修饰后的单根银纳米线的SERS增强效果远强于未修饰光滑银纳米线。此外,分别研究了单根修饰前、后银纳米线的RamanImage谱图及SERS偏振特性,证明本文设计的经表面修饰的银纳米线是一种优良的SERS活性基底。再次,尝试制备长度大于10μm,直径大于100nm的金纳米线,获得具有一定产率的表面光滑的金纳米线产物。运用相同修饰方法,对金纳米线表面形貌进行修饰。通过表征其表面形貌,发现相同方法对金、银纳米线的修饰效果不同。此外,通过控制反应条件制备了不同大小的金微米片与金六角微米圆片,为日后金纳米材料的进一步研究提供了物质基础。最后,通过铺设尼龙-66纳米纤维、蒸镀纳米银膜、旋涂纳米银颗粒的方式,构建了在三维空间内,具有大量拉曼“热点”的纳米银膜-纳米银颗粒耦合SERS基底。该基底突破了传统贵金属基底平面空间的耦合方式,结合了纳米纤维所具有的低成本、易于构型、对分子具有极强吸附性的特点,形成一种新型多维空间耦合的SERS基底。本文设计构建的单根表面修饰的银、金纳米线以及银纳米膜-银纳米颗粒耦合体系的新型基底,丰富了SERS基底的种类与运用。
【作者】葛越；
【导师】李志鹏；
【作者基本信息】首都师范大学，光学，2014，硕士
【关键词】表面增强拉曼光谱；表面等离子体；拉曼“热点”；银、金纳米材料；

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