表面增强拉曼散射光谱(SERS)技术作为一种化学和生物分析的光谱检测手段,具有样品用量少、检测通量高、检测速度快和有效避免生物自发荧光等突出优势,已在分子电子学、化学传感、生物传感以及有害化学品检测等许多领域显示出越来越重要的应用前景。研究者普遍认为分析物分子的Raman信号主要由SERS活性基底上等离子体“热点”所增强,这些热点是由贵金属如Au、Ag、Cu或过渡金属中的自由电子集体振荡所引起的局部电磁场增强所获得的电磁场耦合来得到更强的Raman信号。构筑具有高灵敏度、高稳定性和重复使用性的SERS活性基底是本技术领域的关键所在。二维胶体晶体有序结构由于其对光有良好的吸收作用而被作为基底材料广泛研究,均一的紧密堆积结构可以保证分析物分子Raman信号的可重复性;同时,周期性规整结构对光电场的集合作用与贵金属(Au/Ag/Cu等铸币金属)的热点相结合可以显著增强待测物的光谱信号(比如荧光、红外和拉曼信号等)。另一方面,具有纳米结构的半导体纳米材料(如ZnO、Cu20和Ti02等)因其在光照射作用下可以产生空穴与电子对,因此,纳米结构金属/半导体界面相互作用可以增强SERS过程中的电荷传输效应,如将纳米贵金属与半导体复合材料作为SERS活性基底材料,不仅能够促进基底表面与被检测分子间的电荷转移,显著增强Raman信号;而且,由于半导体材料优良的光催化性能可以将吸附在基底材料表面的标记分子进行光分解,以实现基底材料的多次重复使用性。因此,实现高灵敏度基底材料的构筑显得尤为重要,尤其是结合具有一定微/纳结构基底材料自身良好界面性质后,可使基底材料具有较好的重现性及重复使用性。基于以上研究背景,本研究提出一种高效构筑具有高密度热点效应基底材料的方法,即以高分子微凝胶粒子构筑二维胶体晶体,独特的单层有序结构带来的优良光学性能及软模板特性,通过易于实现大面积沉积的离子溅射法获得胶体晶体/Au复合基底材料,调控微凝胶粒子所处微环境调控基底材料上Au纳米粒子的分散聚集状态,改变活性基底的电磁场耦合效应,实现高增强性能和可重复使用性SERS活性基底的构筑;在此基础上利用二维胶体晶体为模板辅助ZnO纳米棒阵列水热生长,调控制备具有不同表面形貌的氧化锌纳米棒阵列结构,通过离子溅射组装Au NPs实现具有三维热点分布效应的SERS活性基底的构筑。以罗丹明6G(R6G)分子为探针分子,研究所构筑基底材料的SERS性能及其增强过程机理研究。本学位论文主要进行了以下三个方面的研究工作:(1)本研究创新性地提出一种构筑具有高密度热点效应基底材料的方法。以聚(苯乙烯-co-N-异丙基丙烯酰胺)@聚丙烯酸(PSN@PAA)为构筑单元,通过气-液界面组装的方法获得规整的二维胶体晶体结构,以组装所得到的二维胶体晶体为模板,通过离子溅射的方法得到胶体晶体/Au复合薄膜。利用甲醇溶液中柠檬酸钠盐的用量调控胶体晶体表面Au纳米粒子的聚集状态和基底的SERS性能。研究结果表明,柠檬酸钠甲醇溶液的加入使得Au纳米粒子产生了一定的收缩效应,增强了 Au纳米粒子间电磁场耦合效应,提高活性基底的SERS性能。所构筑的活性基底具有105数量级的增强,检出限为10-9 M,基底材料具有较好的重现性及重复使用性,在染料分子检测、化学传感和催化等领域有潜在的应用价值。(2)以PSN@PAA高分子微凝胶构筑的二维胶体晶体为模板,通过水热合成的方法可控制备ZnO纳米棒阵列结构。以六水合硝酸锌为Zn源,通过水热法(90℃)调控制备ZnO纳米棒,探究不同水热生长时间条件下所得ZnO纳米棒的形貌。研究结果表明,高分子微凝胶粒子有助于前驱体的富集和固定,30 min生长获得较短的具有一定亲水性的纳米棒阵列结构,随着生长时间的增长,阵列结构表面变得更加疏水,其构筑基底SERS性能随Au纳米粒子沉积时间的增加而变强。(3)结合高分子微凝胶构筑的二维胶体晶体特性及辅助氧化锌纳米棒生长方法,以PSN@PAA/Au为基底,在其表面调控生长氧化锌纳米棒结构;通过离子溅射法获得具有三维热点分布的复合胶体晶体/Au复合基底材料,通过调节Au NPs溅射时间以获得不同尺寸聚集状态的Au纳米粒子,以构筑具有多维热点分布及电磁场增强(EM)和化学增强(CE)机制同时调控的SERS活性基底。研究结果表明,构筑的活性基底具有108数量级的增强因子,10-10M的较低检出限和较好的信号重现性。利用基底材料表面的亲疏水特性可以实现对不同溶剂中R6G分子的Raman增强性能。本研究所构筑的活性基底在化学生物传感、催化、光电转换等领域有较好的应用前景。