摘要
拉曼(Raman)光谱检测作为一种特异性的检测技术,广泛的应用于对固体、液体和气体等样品的检测。其通过对不同分子间振动模式的探测，形成每种分子特有的“指纹”光谱。然而由于在拉曼散射的过程中，只有极少数的光子和物质发生相互作用，所得出的拉曼光谱信号强度极低，无法对低浓度的物质进行检测。因此在拉曼散射被发现的初期并没有受到太多的重视。1974年Fleischmann等人对光滑银电极表面进行粗糙化处理后,偶然发现吸附在银电极表面上的单分子层吡啶分子有着出色强度的拉曼光谱，之后在人们的研究下，解释了这一现象的原理，并将其命名为表面增强拉曼散射(SERS)效应。人们对于SERS技术的研究及发展成功的解决了拉曼散射信号强度较低的问题。此外，纳米技术的进步也促进了SERS领域的发展。一般来说SERS表面的微纳结构阵列，极大的影响着热点的密度及分布，决定了SERS传感器的性能。本文通过对SERS基底表面微纳结构的设计，制备了新型的多维SERS基底，并有效的利用实验仪器，对其SERS性能进行了分析和研究。本文主要制备了具有压电效应和摩擦起电的多维Au/Ag/CuONWsPVDF自供电SERS基底和具有多维等离激元耦合效应的分子富集型Ag/CuONWs金字塔SERS基底。具体研究内容如下： 1.多维Au/Ag/CuONWsPVDF自供电SERS基底的制作及特性研究 自供电电子材料正在成为一个引人注目的研究方向，能够在在基底表面通过机械运动产生电场，从而检测中充分利用电磁增强用于提升SERS性能，并且无需进一步外接电化学工作站，简化了测试步骤。通过对该基底的一系列实验结果表明，其在SERS检测中，不仅仅具有优秀的灵敏度和均匀性，还可以通过压电效应和摩擦起电生成微电场用于增强SERS信号。 2.Ag/CuONWs金字塔SERS基底制作及特性研究 我们将Ag/CuO纳米线(NWs)/金字塔型PDMS多尺度结构合理地制造为具有分子富集效应的多维等离激元耦合SERS衬底。CuONWs通过碱性蚀刻在金字塔形腔中生长，并形成了微纳米多尺度结构。通过物理气相沉积法将Ag膜装饰在纳米微尺度结构上，赋予SERS活性。亚波长尺寸的Ag/CuONWs还可以提供足够粗糙的表面，以将液滴与空气分离，降低表面能，并实现疏水作用。为了证明SERS活性，所提出的多尺度微纳米结构已成功地应用于灵敏检测低浓度的罗丹明6G(R6G)。有趣的是，我们还证明了Ag/CuONWs多维金字塔SERS基底具有优异的分子吸附性，可用于实际应用检测。我们成功地实现了在混浊和不同PH环境下对R6G，结晶紫(CV)和刚果红(CR)分子的混合物的检测，这证明了其在复杂环境中原位检测化学染料分子的巨大潜力。 本论文由五个部分组成：第一章绪论详细的的介绍了拉曼光谱学的发现及研究进程。还有对SERS技术发展的简介以及SERS领域的两种主要增强机制。第二章介绍了多维SERS基底的发展进程，从零维“热点”、二维“热点”到多维“体积热点”。并在之后介绍了几种常见多维SERS基底的制备与特性以及多维SERS基底的应用和挑战。第三章制备了多维Au/Ag/CuONWsPVDF自供电SERS基底，由于其自供电的特性可以进一步提高SERS基底的物理增强机理。多维Au/Ag/CuONWsPVDF自供电SERS基底的多维结构也提供了高密度的热点，这也是其具有优异SERS性能的原因。第四章制备了Ag/CuONWs金字塔SERS基底，表面丰富的微纳结构阵列提供了类似荷叶表面的超疏水性能，并且在毛细管力的作用下，可将溶液吸附到表面，进行拉曼检测，有着更大的应用价值。此外，该基底还可以实现在复杂环境下对多分子实现特异性检测。第五章是对以上工作作出综合总结。
NETL