金屬表面增強紅外材料的制備及研究應用.pdf

1、金屬納米薄膜因具有特殊的光學性質，使吸附在其表面上的分子的紅外吸收得以增強，產生表面增強紅外吸收(SEIRA)效應。金屬納米顆粒的形狀、尺寸決定了薄膜的SEIRA效應，因此制備可控形狀大小的金屬納米薄膜對SEIRAS至關重要。Ag，Au，由于其廣泛的應用和穩(wěn)定性而被大量研究，但是其價格昂貴，而銅由于價格便宜常用來替代金銀的使用。本文以金屬銅為沉積金屬，制備了表面增強紅外活性基底。應用紅外光譜儀，拉曼光譜儀，掃描電子顯微鏡等對制備的基底進

2、行了表征，對增強機理進行了初步的探討，并將制備的基底應用到生物化學樣品的檢測中。主要研究內容如下:
　　1.利用電化學沉積法，化學沉積法分別在ITO導電玻璃和金屬Ge片上沉積金屬銅納米粒子，以二巰基丁二酸為探針分子，利用紅外光譜儀檢測其紅外光譜，研究其增強效果。探討了不同制備條件對所制備活性基底增強效果的影響，摸索了利用表面活性劑制備可控形貌的納米銅膜的規(guī)律。結果表明電化學沉積法的最佳制備條件為:10-1mol/l CuSO4，7

3、.2ml二乙醇胺為表面活性劑，電壓為2v，時間為30s，pH為6.53時所制備的銅納米粒子具有最好的增強效果;化學沉積法的最佳制備條件為:10-3mol/l CuSO4，以1ml三乙醇胺為表面活性劑，沉積時間為8h時所制備的銅納米粒子有最強的增強效果。
　　2.以鄰硝基苯胺和二巰基丁二酸為探針分子，分別考察了它們在所制備的銅納米粒子上的表面增強紅外光譜，發(fā)現鄰硝基苯胺在電化學沉積法制備的銅納米粒子上有增強效果且峰位未發(fā)生變化，乙醇

4、清洗后觀察不到信號，其增強原因可能是電磁場作用和物理吸附，而在化學沉積法制備的銅納米粒子上觀察不到信號，無增強效果;二巰基丁二酸分子在電化學沉積和化學沉積制備的銅納米粒子上都有紅外增強效應，但紅外光譜的峰位發(fā)生了變化，且用乙醇清洗后仍有增強效果，由此推測其產生增強的主要原因是電磁場作用和和化學吸附。
　　通過掃描電子顯微鏡表征制備的銅納米粒子的形貌，結果顯示:在電解液中添加表面活性劑（三乙醇胺，二乙醇胺），通過調節(jié)電解液的pH值，

5、可制得可控形貌的銅納米粒子。在pH接近中性及偏堿性的條件下，銅納米粒子的形狀為球形，實驗中發(fā)現繼續(xù)增大pH至9-10時粒子仍為球形;在pH值為6.80時，納米粒子小球開始部分粘接;隨著pH值繼續(xù)減小，銅納米粒子由球形變?yōu)閴K體并出現堆積，最后在pH為3.13時，銅納米粒子的形狀變?yōu)轭愔?。實驗中發(fā)現，對于探針分子鄰硝基苯胺并非所制得的各種形貌的銅納米粒子均有表面增強效應，只有用二乙醇胺作為表面活性劑，pH為6.53時所制備的銅納米粒子具有

6、最好的增強效果。該方法制備的銅納米粒子分布較為均勻分散，粒徑在300nm左右。用二巰基丁二酸作為探針分子，考察了化學沉積法所制備的銅納米粒子的表面增強效應。結果表明:材料的表面增強紅外效應受入射光和入射角影響，因此用于衰減全反射檢測的SEIRA材料和用于透射檢測的SEIRA材料無論是材料的厚度還是形貌上均有不同。本實驗中發(fā)現采用化學沉積法所制備的銅粒子，對于AIR增強效果最好的銅膜材料的粒子尺寸在100nm左右，而用于透射測量的粒子尺寸