制作高性能表面增强拉曼散射衬底-论文.pdf

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1、第34卷第3期物理实验Vo1．34No．32014年3月PHYSICSEXPERIMENTATIONMar．，2O14制作高性能表面增强拉曼散射衬底杨晓冬，徐天博，陈凡，梁诗蓉，祝巍，赵霞，浦其荣实验教学(中国科学技术大学物理学院，安徽合肥230026)摘要：采取真空热蒸发镀膜的方法在普通玻璃、毛玻璃、硅片等衬底上镀银膜，并用扫描电子显微镜观察了镀银毛玻璃的表面形貌，通过激光散射实验得出毛玻璃的粗糙度．实验结果表明，镀银毛玻璃衬底具有很好的表面增强拉曼散射活性，所能探测罗丹明6G的最低浓度为10。tool／I．关键词：真空镀膜；表面增强拉曼散射；银；罗丹明6G

2、；激光散斑中图分类号：0657．37文献标识码：A文章编号：1005—4642(2014)03—0001—05量物质检测．Fleischm等人在1974年做粗糙银l引言电极的拉曼效应实验时第一次获得了增强的拉曼20世纪70年代表面增强拉曼散射(surface-信号，后人将这种未知效应命名为表面增强拉曼enhancedRamanscattering，SERS)现象被发现，散射．其原理研究和应用领域不断发展，逐渐成为研究2．2银的SERS增强原理分子结构和物质微观结构的有力工具．目前，制表面等离子体共振(surfaceplasmareso—作SERS衬底的主要方法

3、包括金属纳米粒子溶胶nance，SPR)被公认为是SERS增强的主要来溶液法、纳米刻蚀法和模板法等，这些方法繁琐且源_7]．在入射光电场作用下，粗糙金属表面自由成本较高『1]．本文在介绍SERS的基本原理的基电子的疏密振动会激发出局域表面等离子体波础上，尝试了简易制作高性能SERS衬底的方(1ocalizedsurfaceplasmon，LSP)I8]．在合适的法——热蒸发真空镀膜，并对不同衬底种类、膜厚表面形貌下，入射光频率与表面等离子体振荡频度的情形进行了比较．率接近时将形成SPR，使局域电磁场大大增强，从而获得增强的拉曼散射[9．2实验原理在银的SERs

4、的增强机理研究中发现，其活2．1拉曼效应和SERS性热点往往分布在纳米结构的间隙里口¨．当2个1928年，印度物理学家C．V．拉曼在观察太纳米粒子靠近到nm量级时，其间隙电磁场将极阳光经汇聚、通过蓝光滤波片后照射在含有纯净大增强，吸附在间隙处的物质分子的SERS信号无色液体的球形植物茎上时，第一次发现了拉曼会远高于其他位置吸附的分子的信号．即在散射现象[2]．单色光束的入射光光子与分子的入射光波长一定时，衬底的SERS增强效果与其相互作用包括弹性碰撞和非弹性碰撞．在弹性碰表面结构的形貌有关，这在本文的扫描电子显微撞过程中不发生能量交换，光子不改变频率，这种镜测

5、试中也得到了证实口．散射称为瑞利散射．而拉曼效应是指光通过介质2．3热蒸发真空镀膜散射后，频率、相位发生改变的现象，光频率的改真空镀膜技术成熟于20世纪8O年代，广泛变量只与散射物性质有关．拉曼散射光和瑞利光应用于电子、通讯、装饰等领域．其基本原理是在的频率之差称为拉曼位移]．高真空环境下，将金属加热蒸发为气态原子，当把拉曼散射具有准确度高、适用范围广、可选择衬底放在其中时，蒸发出来自由弥散在钟罩中的性强等优点，但是由于散射强度太低，很难用于微原子就会吸附沉积在衬底上，逐渐形成薄膜．真收稿日期：2013一ll一01；修改日期：2014一Ol一03基金项目：国家

6、基础科学人才培养基金资助(No．Jl103207)；中央高校基本科研业务费专项资金资助(No．WK2030000004)作者简介：杨晓冬(1993一)，男，吉林长春人，中国科学技术大学物理学院2010级本科生．指导教师：祝巍(1981一)，男，浙江杭州人，中国科学技术大学物理学院物理实验教学中心讲师，博士，从事凝聚态物理方面科研和物理实验教学工作．物理实验第34卷空镀膜是目前使用最广泛的镀膜技术之一，相比电镀法，具有污染小、成本低等优点m．3实验方法T本实验中，使用DM-300B型真空镀膜机在磨砂毛玻璃、喷砂毛玻璃、普通玻璃以及硅片4种不同的衬底上蒸镀不同厚度

7、的银膜．需要指出，虽然2种毛玻璃制作工艺不同，但在具体实验中并未发现SERS性能有较大差异，因此本文中除4．1外的其他结论均基于磨砂毛玻璃给出．为保证衬底不粘附杂质，先将待镀衬底依次图1银膜厚度27nm时4种衬底对lO—mol／I用丙酮、酒精和去离子水在超声波清洗器洗净，固罗丹明6G的拉曼光谱(浸泡时间为以．6h)定在底板上．用机械泵、扩散泵抽气获得高真空，另外，给出银膜厚度40nm时不同衬底对约为4．0×10～5．5×10_。Pa．蒸镀时开启衬10mol／L罗丹明6G的拉曼光谱，如图2～3所底旋转，以在各衬底上得到均匀的银膜．经多次示．可以得到与图1中类似的

8、结论，即Ag／毛玻实验，发现在约160