[发明专利]一种表面增强拉曼衬底的制备方法

说明书

本发明涉及纳米材料技术领域，涉及一种金属/介电材料复合的纳米阵列结构及其制作方法，特别涉及一种表面增强拉曼衬底及其制备方法，所述拉曼衬底是由金属和介电材料组成的纳米阵列结构，所述纳米阵列结构的线宽为10‑25nm。本发明表明能够实现较大面积以及“热点”尺寸分布均一可控、高灵敏度的表面增强拉曼衬底结构的加工和制备。

技术领域

本发明涉及纳米材料技术领域，涉及一种金属/介电材料复合的纳米阵列结构及其制作方法，特别涉及一种表面增强拉曼衬底及其制备方法。

背景技术

表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman Scattering,SERS)因其具有单分子特异性识别，数据获取速度快，灵敏度高等优势而广泛应用于化学和生物医学相关的单分子以及单细胞的检测与分析领域。

表面增强拉曼散射中，衬底对增强效果起着决定性作用。普遍认为表面增强拉曼散射是通过吸附在金属纳米结构表面上的分子与金属表面发生的等离子共振相互作用而引起的拉曼散射强度增强的现象。拉曼散射信号强度的增强程度取决于金属纳米结构的尺寸和形状、与被检测物的相互作用、金属结构表面和周围的微环境等因素。研究发现发生在金属纳米尺度结构间隙的等离子体共振会在亚衍射极限范围引起很强的场效应。这些金属纳米尺度间隙的能量聚集效应随着间隙尺寸的减小而显著增强。例如，亚10nm间隙的金纳米结构中场增强效应会有几个数量级的提升。这些纳米尺度的间隙或结构通常被称为“热点”，这种“热点”使SERS技术具有单分子检测的敏感度。

近年来发现金属/介电材料复合的纳米结构比单独的金属纳米结构会带来更加显著的拉曼增强效果。这可能与光和金属/介电材料界面之间强烈的相互作用有关。

CN 10584227 A公开了一种表面增强拉曼衬底的制备方法及表面增强拉曼衬底结构，涉及微纳米结构的制备领域。所述制备方法包括：选取硅衬底并对硅衬底进行刻蚀以制备出硅金字塔阵列；将硅金字塔阵列放入微波等离子体化学气相沉积系统中以生长石墨烯纳米片；在石墨烯纳米片的表面包覆一层金属颗粒，从而可以获得表面增强拉曼衬底。所述增强拉曼衬底面积小，结构呈现金字塔状，“热点”尺寸分布不好控制。

其他通过化学合成金属纳米颗粒或者金属/介电材料复合纳米结构的方法制备得到的衬底往往带来化学试剂对金属衬底的污染以及衬底大面积制备困难和 热点分布不均匀等弊端。因此，亟需发展一种低污染、大面积以及“热点”尺寸分布均一可控、高灵敏度的表面增强拉曼衬底的制备方法。

发明内容

针对目前存在的问题，本发明提供，本发明使用纳米加工技术制备了金属/ 介电材料复合的纳米阵列结构，通过介电材料与金属颗粒复合形成具有高灵敏度表面增强拉曼效应的纳米结构，从而实现较大面积以及“热点”尺寸分布均一可控、高灵敏度的表面增强拉曼衬底结构的加工和制备。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种表面增强拉曼衬底，所述拉曼衬底是由金属和介电材料组成的纳米阵列结构，所述纳米阵列结构的线宽为10-25nm。

根据本发明，所述纳米结构阵列的线宽指介电材料和其上的金属颗粒构成的结构的总线宽，所述纳米阵列结构线宽控制在25nm以内，保证了单位面积内获得尽可能多的热点数量，所述拉曼衬底的线宽为10-25nm，例如可以是 10nm、11nm、12nm、13nm、14nm、15nm、16nm、18nm、20nm、21 nm、23nm、24nm或25nm，优选为12-25nm，以及上述数值之间的具体点值，限于篇幅及出于简明的考虑，本发明不再穷尽列举所述范围包括的具体点值。