基于核壳纳米结构的SERS衬底设计与制备研究

来源 :中国计量大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ryuichist
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近年来,表面增强拉曼散射因为稳定性强灵敏度到高而受到人们的广泛关注,然而拉曼信号的增强高度依赖于SERS衬底的结构,如何制备出稳定性高重复性好的SERS基底一直是目前研究SERS信号放大的热门话题。本论文通过研究核壳型纳米材料的制备方法,以简便的制备方法合成具有良好重复性、优异的稳定性的拉曼衬底材料,研究合成高性能核壳SERS衬底的制备方法。主要研究内容包含以下三个方面:一、3D-FDTD仿真纳米材料的物理增强机理的研究。由于SERS信号的增强因子大部分来源于物理增强,通过仿真研究了纳米材料的表面形貌对电磁场增强热点分布的影响,以及在单体和二聚体存在的情况下电磁场增强热点的分布对拉曼信号的影响状况。通过FDTD在理论上研究不同聚集程度的花状银纳米颗粒的电磁场增强热点分布,然后在实验上利用花状银纳米颗粒对降压药格列齐特进行SERS信号的检测,最后得到三个样品的检测浓度值,然后与实际浓度进行比较,结果表明即使存在一些物质干扰,误差也都低于15%。二、Ag@ZrO2衬底材料的合成及其SERS效应研究。主要讲述一种利用传统的种子生长方法制备Ag@ZrO2核壳纳米颗粒材料,通过添加不同体积的丙醇锆来调控核壳比,然后利用TEM,SEM等进行图像表征。为了进一步了解物理增强热点的分布,我们利用FDTD进行电磁场仿真在理论上对物理增强进行了解释说明。通过对探针分子R6G的测试,测试结果显示出较高的灵敏度,LOD为10-8M(4.79 ug/L),然后利用主成分分析算法(PCA),在线性模型中我们可以得出其拟合优度为97.4%。为了验证核壳结构纳米颗粒的稳定性,分别使得材料颗粒在强酸和强碱溶液环境下进行不同时间的刻蚀,然后进行拉曼测试,结果表明在恶劣的环境下Ag@ZrO2衬底材料依然具有很好的SERS信号稳定性和增强效果。三、SiO2@Ag@ZrO2衬底材料的合成及其SERS效应研究。我们利用常见的St(?)ber的合成二氧化硅的方法,接下来对二氧化硅球进行氨基化改性试验,然后在表面覆盖一层Ag纳米颗粒,最后将外表面包覆一层氧化锆薄膜即SiO2@Ag@ZrO2衬底材料。对制备得到的纳米颗粒进行表面表征测试以及纳米颗粒尺寸分布,得到均匀性良好的衬底材料。通过对R6G进行测试得出改性过的二氧化硅进行银包覆表现出良好的SERS增强效果和稳定性,最后使用SiO2@Ag@ZrO2衬底材料对R6G进行测试,结果表明当浓度为10-8M时依然有微弱的信号,因此复合型核壳结构SiO2@Ag@ZrO2纳米颗粒具有较好的SERS灵敏度和检测限。
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