納米金顆粒和碳納米管復(fù)合基底結(jié)構(gòu)的表面增強(qiáng)Raman散射研究.pdf

1、健康和安全是人類永久的追求,與之相關(guān)的有毒有害物品檢測以及痕量爆炸物分子的檢測需求也逐年增加。最近幾年,新聞報(bào)道中經(jīng)常出現(xiàn)由恐怖分子制造的爆炸事件,這嚴(yán)重影響人民群眾生命安全。具有超高靈敏度的單分子檢測技術(shù)能讓毒品和爆炸物無處遁形,這種涉及國家安全領(lǐng)域的重大科學(xué)問題吸引了眾多研究人員的目光。分子在不同條件下的吸收或發(fā)射的光譜波長、強(qiáng)度、偏振態(tài)等性質(zhì)是該分子固有特征,光譜方法被認(rèn)為是探測和研究痕量分子的有力工具。但是Raman光譜的散射截

2、面積(10-30-10-25cm2)相比于熒光散射截面積(10-16cm2)非常小,使得分子水平的微弱Raman信號(hào)淹沒在較強(qiáng)的熒光信號(hào)中,靈敏度較低。SERS技術(shù)(Surface-enhanced Raman scattering)的出現(xiàn)彌補(bǔ)了傳統(tǒng)Raman散射光譜信號(hào)微弱、靈敏性低、背景噪聲中熒光干擾多等缺點(diǎn),成為探測界面特性和分子間相互作用、表征分子吸附行為和分子結(jié)構(gòu)非常有效的現(xiàn)代測試分析工具。
　　本文提出了一種納米金(A

3、u)/碳納米管(CNTs)復(fù)合SERS基底結(jié)構(gòu),計(jì)算了SERS增強(qiáng)倍數(shù);采用時(shí)域有限元差分算法,對該SERS體系結(jié)構(gòu)內(nèi)的電磁波傳播情況進(jìn)行了計(jì)算;采用化學(xué)氣相沉積法(CVD)制備了實(shí)驗(yàn)樣品;并對實(shí)驗(yàn)樣品進(jìn)行了表征及Raman測試,并分析了其原因和機(jī)理。全文主要研究內(nèi)容如下:
　　①提出了Au/CNTs的復(fù)合SERS基底結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)結(jié)合了CNTs獨(dú)特的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和金納米粒子的電磁場增強(qiáng)作用,將CNTs和金納米顆粒兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來。因

4、為CNTs排列形態(tài)有二維和三維的差異,本文分別得到了兩大類復(fù)合模型,即Au/CNTs二維無序薄膜模型(2D模型)和Au/CNTs三維有序陣列模型(3D模型)。采用時(shí)域有限元差分算法(FDTD)分析了影響復(fù)合SERS基底電場分布的因素。通過對2D模型、3D模型進(jìn)行數(shù)學(xué)建模及仿真運(yùn)算,定性的得到了復(fù)合結(jié)構(gòu)的電場分布情況,獲知了影響電場分布的因素,這對后續(xù)實(shí)驗(yàn)的開展奠定了基礎(chǔ)。
　?、谶\(yùn)用化學(xué)還原法制備了納米Au溶膠,運(yùn)用化學(xué)CVD法制

5、備了三維CNTs陣列,通過自組裝技術(shù)將納米Au粒子與二維、三維CNTs有機(jī)結(jié)合,得到了2D模型SERS樣品和3D模型SERS樣品。對2D、3D模型復(fù)合SERS樣品分別進(jìn)行了樣品結(jié)構(gòu)表征,對樣品在掃描電子顯微鏡(SEM)下進(jìn)行掃描,得到了樣品在微觀尺度下的細(xì)節(jié)特征。同時(shí)本文還測試了金溶膠的紫外可見吸收光譜(UV-VIS),分析了金溶膠的特征曲線。
　?、蹖?D、3D模型復(fù)合SERS樣品開展拉曼光譜測試,從不同的羅丹明6G(R6G)探