一種跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片及其制備方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片，包括芯片基底，所述芯片基底上加工有微結(jié)構(gòu)陣列，所述微結(jié)構(gòu)陣列表面鍍有兩層金屬膜；本發(fā)明還公開(kāi)了一種制備跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片的方法，首先選取適合的芯片基底材料，然后在所選基底材料表面加工微結(jié)構(gòu)陣列，最后在微結(jié)構(gòu)陣列表面依次鍍兩層金屬膜。本發(fā)明的跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片具有跨尺度多級(jí)結(jié)構(gòu)，芯片基底的微米級(jí)結(jié)構(gòu)與金屬納米級(jí)島膜結(jié)構(gòu)之間的協(xié)同作用以及兩層金屬膜的雙金屬協(xié)同作用，使該芯片集多重拉曼增強(qiáng)因子于一身，具有超高的分析靈敏度；本發(fā)明制備拉曼芯片的方法簡(jiǎn)單，重復(fù)性高，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種拉曼芯片及其制備方法，特別涉及一種跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]入射光與物質(zhì)分子相互作用時(shí)弓I起分子做受迫振動(dòng)從而產(chǎn)生散射光，其中散射光的頻率和入射光的頻率相同的譜線是瑞利散射，散射光的頻率和入射光的頻率不同的譜線是拉曼散射。拉曼散射光譜是特征指紋光譜，與物質(zhì)分子的振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)能級(jí)有關(guān)，能反映被測(cè)物質(zhì)的分子組成和結(jié)構(gòu)形態(tài)，是分析物質(zhì)結(jié)構(gòu)的有力工具；但由于拉曼光譜的信號(hào)強(qiáng)度非常弱，因而其檢測(cè)靈敏度低，致使拉曼光譜在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)沒(méi)有得到很好的應(yīng)用。
[0003]表面增強(qiáng)拉曼光譜技術(shù)的出現(xiàn)，極大地改善了這一狀況。當(dāng)物質(zhì)分子吸附在粗糙的金屬表面時(shí)，表面局域等離子激元被激發(fā)引起的電磁增強(qiáng)(即物理增強(qiáng))，以及粗糙表面上的原子簇與吸附其上的分子形成拉曼增強(qiáng)的活性點(diǎn)(即化學(xué)增強(qiáng))，這兩者的作用使被測(cè)物的拉曼散射產(chǎn)生極大的增強(qiáng)效應(yīng)，其增強(qiáng)因子可達(dá)IO3?107。研究表明，雙金屬?gòu)?fù)合納米結(jié)構(gòu)與單組份金屬納米結(jié)構(gòu)相比，具有獨(dú)特的電子學(xué)和光學(xué)性質(zhì)能夠增強(qiáng)拉曼光譜檢測(cè)效果。目前，雙金屬?gòu)?fù)合納米材料主要采用化學(xué)合成法制備，該方法在制備過(guò)程中存在金屬納米材料的形狀和尺寸較難控制的缺陷，因而難以實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)，無(wú)法滿足大量分析測(cè)試的需求，從而限制了其產(chǎn)業(yè)化及在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種具有高檢測(cè)靈敏度的拉曼芯片，本發(fā)明還提供一種可大規(guī)模制備拉曼芯片的方法。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:本發(fā)明的跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片，包括芯片基底，所述芯片基底上加工有微結(jié)構(gòu)陣列，所述微結(jié)構(gòu)陣列表面依次鍍有兩層金屬膜。
[0006]本發(fā)明的跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片具有跨尺度多級(jí)結(jié)構(gòu)，芯片基底的微米級(jí)結(jié)構(gòu)與金屬納米級(jí)島膜結(jié)構(gòu)之間的協(xié)同作用以及兩層金屬膜的雙金屬協(xié)同作用，使該芯片集多重拉曼增強(qiáng)因子于一身，具有更加顯著的拉曼散射增強(qiáng)能力。
[0007]進(jìn)一步，所述芯片基底材料為硅、玻璃、石英、聚二甲基硅氧烷或聚甲基丙烯酸甲酯。
[0008]進(jìn)一步，所述微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)呈柱形、錐形、球形、三角形、金字塔形或倒金字塔形。
[0009]進(jìn)一步，所述微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)尺寸為0.5?100 μ m,陣列周期為0.5?100 μ m。
[0010]進(jìn)一步,所述金屬為Au、Ag、Cu或Pt。
[0011]進(jìn)一步，所述兩層金屬膜中第一層金屬膜厚度為100?500nm,第二層金屬膜厚度為 5 ?lOOnm。
[0012]本發(fā)明還公開(kāi)了一種制備跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片的方法，包括以下步驟:
[0013]步驟一:選取硅、玻璃、石英、聚二甲基硅氧烷或聚甲基丙烯酸甲酯作為芯片基底材料；
[0014]步驟二:在所選基底材料表面加工微結(jié)構(gòu)陣列，所加工的微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)呈柱形、錐形、球形、三角形、金字塔形或倒金字塔形；
[0015]步驟三:在微結(jié)構(gòu)陣列表面依次鍍兩層金屬膜。
[0016]進(jìn)一步，所述微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)尺寸為0.5?100 μ m,陣列周期為0.5?100 μ m。
[0017]進(jìn)一步，所述兩層金屬膜中第一層金屬膜厚度為100?500nm,第二層金屬膜厚度為 5 ?lOOnm。
[0018]本發(fā)明制備跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片的方法簡(jiǎn)單，重復(fù)性高，易于實(shí)現(xiàn)規(guī)?；a(chǎn)。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說(shuō)明:
[0020]圖1為實(shí)施例1制得的跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為實(shí)施例1制得的跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片的掃描電子顯微鏡照片;
[0022]圖3為利用實(shí)施例1制得的跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片，通過(guò)532nm激發(fā)光的RenishawinVia顯微拉曼光譜儀測(cè)試IOnM羅丹明B的拉曼光譜圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0024]以下實(shí)施例將公開(kāi)一種跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射(Trans-scaleBimetallic Synergistic Enhanced Raman Scattering,TBSERS)芯片，包括芯片基底 I,所述芯片基底I上加工有微結(jié)構(gòu)陣列，所述微結(jié)構(gòu)陣列表面依次鍍有兩層金屬膜2和3。
[0025]其中，所述芯片基底I材料為硅、玻璃、石英、聚二甲基硅氧烷(PDMS)或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。
[0026]所述微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)呈柱形、錐形、球形、三角形、金字塔形或倒金字塔形。
[0027]所述微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)尺寸為0.5?100 μ m,陣列周期為0.5?100 μ m。
[0028]所述金屬為Au、Ag、Cu或Pt。
[0029]實(shí)施例1:
[0030]本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法，包括以下步驟:
[0031]步驟一:選取芯片基底I材料；
[0032]步驟二:在所選基底材料表面加工微結(jié)構(gòu)陣列；
[0033]步驟三:在微結(jié)構(gòu)陣列表面依次鍍兩層金屬膜。[0034]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述步驟一芯片基底I原材料為硅。
[0035]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述步驟二所加工的微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)呈倒金字塔形。
[0036]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)尺寸為
1.5 μ m,陣列周期為2.0 μ m。
[0037]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所鍍金屬膜為兩層。
[0038]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn),所述兩層金屬膜中第一層金屬膜厚度為300nm，第二層金屬膜厚度為10nm。
[0039]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn),所述兩層金屬膜中第一層金屬膜為Au膜，所述第二層金屬膜為Ag膜。
[0040]本實(shí)施例所制得的TBSERS芯片如圖1所示，從下往上依次包括芯片基底1，附著在芯片基底I上的第一層金屬膜2和附著在第一層金屬膜2上的第二層金屬膜3。
[0041]實(shí)施例2: [0042]本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法，包括以下步驟:
[0043]步驟一:選取芯片基底I材料；
[0044]步驟二:在所選基底材料表面加工微結(jié)構(gòu)陣列；
[0045]步驟三:在微結(jié)構(gòu)陣列表面依次鍍兩層金屬膜。
[0046]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述步驟一芯片基底I原材料為玻
3? ο
[0047]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述步驟二所加工的微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)呈錐形。
[0048]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)尺寸為2 μ m,陣列周期為2 μ m。
[0049]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所鍍金屬膜為兩層。
[0050]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn),所述兩層金屬膜中第一層金屬膜厚度為120nm，第二層金屬膜厚度為20nm。
[0051]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn),所述兩層金屬膜中第一層金屬膜為Ag膜，所述第二層金屬膜為Au膜。
[0052]實(shí)施例3:
[0053]本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法，包括以下步驟:
[0054]步驟一:選取芯片基底I材料；
[0055]步驟二:在所選基底材料表面加工微結(jié)構(gòu)陣列；
[0056]步驟三:在微結(jié)構(gòu)陣列表面依次鍍兩層金屬膜。
[0057]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述步驟一芯片基底I原材料為石英。
[0058]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述步驟二所加工的微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)呈球形。
[0059]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)尺寸為30 μ m,陣列周期為30 μ m。
[0060]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所鍍金屬膜為兩層。
[0061]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述兩層金屬膜中第一層金屬膜厚度為180nm，第二層金屬膜厚度為30nm。
[0062]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn),所述兩層金屬膜中第一層金屬膜為Au膜，所述第二層金屬膜為Pt膜。
[0063]實(shí)施例4:
[0064]本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法，包括以下步驟:
[0065]步驟一:選取芯片基底I材料；
[0066]步驟二:在所選基底材料表面加工微結(jié)構(gòu)陣列；
[0067]步驟三:在微結(jié)構(gòu)陣列表面依次鍍兩層金屬膜。
[0068]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述步驟一芯片基底I原材料為PDMS。
[0069]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述步驟二所加工的微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)呈三角形。
[0070]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)尺寸為60 μ m,陣列周期為60 μ m。
[0071]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所鍍金屬膜為兩層。
[0072]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述兩層金屬膜中第一層金屬膜厚度為220nm，第二層金屬膜厚度為30nm。
[0073]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn),所述兩層金屬膜中第一層金屬膜為Cu膜，所述第二層金屬膜為Ag膜。
[0074]實(shí)施例5:
[0075]本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法，包括以下步驟:
[0076]步驟一:選取芯片基底I材料；
[0077]步驟二:在所選基底材料表面加工微結(jié)構(gòu)陣列；
[0078]步驟三:在微結(jié)構(gòu)陣列表面依次鍍兩層金屬膜。
[0079]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述步驟一芯片基底I原材料為PMMA0
[0080]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述步驟二所加工的微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)呈金字塔形。
[0081]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)尺寸為80 μ m,陣列周期為80 μ m。
[0082]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所鍍金屬膜為兩層。
[0083]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn),所述兩層金屬膜中第一層金屬膜厚度為270nm，第二層金屬膜厚度為40nm。
[0084]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述兩層金屬膜中第一層金屬膜為Ag膜，所述第二層金屬膜為Au膜。
[0085]實(shí)施例6:[0086]本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法，包括以下步驟:
[0087]步驟一:選取芯片基底I材料；
[0088]步驟二:在所選基底材料表面加工微結(jié)構(gòu)陣列；
[0089]步驟三:在微結(jié)構(gòu)陣列表面依次鍍兩層金屬膜。
[0090]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述步驟一芯片基底I原材料為PDMS。
[0091]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述步驟二所加工的微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)呈柱形。
[0092]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)尺寸為100 μ m,陣列周期為100 μ m。
[0093]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所鍍金屬膜為兩層。
[0094]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述兩層金屬膜中第一層金屬膜厚度為300nm，第二層金屬膜厚度為50nm。
[0095]作為本實(shí)施例制備TBSERS芯片的方法的改進(jìn)，所述兩層金屬膜中第一層金屬膜為Au膜，所述第二層金屬膜為Ag膜。
[0096]圖2為實(shí)施例1制備的TBSERS芯片的掃描電子顯微鏡照片，從圖中可以看出芯片表面的多級(jí)結(jié)構(gòu)。
[0097]圖3為利用實(shí)施例1的TBSERS芯片，通過(guò)532nm激發(fā)光的RenishawinVia顯微拉曼光譜儀測(cè)試IOnM羅丹明B的拉曼光譜圖。從圖中可以看出:通過(guò)TBSERS芯片可以檢測(cè)到低濃度物質(zhì)的拉曼信號(hào)，能明顯區(qū)分其拉曼特征峰。
[0098]最后說(shuō)明的是，以上優(yōu)選實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管通過(guò)上述優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的描述，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以在形式上和細(xì)節(jié)上對(duì)其作出各種各樣的改變，而不偏離本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)所限定的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片，包括芯片基底(1)，其特征在于:所述芯片基底(I)上加工有微結(jié)構(gòu)陣列，所述微結(jié)構(gòu)陣列表面依次鍍有兩層金屬膜(2)和(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片，其特征在于:所述芯片基底(I)材料為硅、玻璃、石英、聚二甲基硅氧烷或聚甲基丙烯酸甲酯。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片，其特征在于:所述微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)呈柱形、錐形、球形、三角形、金字塔形或倒金字塔形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片，其特征在于:所述微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)尺寸為0.5~100 μ m,陣列周期為0.5~100 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片，其特征在于:所述金屬為 Au、Ag、Cu 或 Pt。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任意一項(xiàng)所述跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片，其特征在于:所述兩層金屬膜中第一層金屬膜厚度為100~500nm,第二層金屬膜厚度為5~lOOnm。
7.一種制備跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片的方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一:選取硅、玻璃、石英、聚二甲基硅氧烷或聚甲基丙烯酸甲酯作為芯片基底(I)材料； 步驟二:在所選基底材料表面加工微結(jié)構(gòu)陣列，所加工的微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)呈柱形、錐形、球形、三角形、金字塔形或倒金字塔形； 步驟三:在微結(jié)構(gòu) 陣列表面依次鍍兩層金屬膜。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述制備跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片的方法，其特征在于:所述微結(jié)構(gòu)陣列的微結(jié)構(gòu)尺寸為0.5~100 μ m,陣列周期為0.5~100 μ m。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述制備跨尺度雙金屬協(xié)同增強(qiáng)拉曼散射芯片的方法，其特征在于:所述兩層金屬膜中第一層金屬膜厚度為100~500nm,第二層金屬膜厚度為5~lOOnm。
【文檔編號(hào)】G01N21/65GK103604795SQ201310618273
【公開(kāi)日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】張煒, 謝婉誼, 陳昭明, 黃昱, 杜春雷, 張華 , 湯冬云, 何石軒, 吳鵬, 方紹熙 申請(qǐng)人:重慶綠色智能技術(shù)研究院