金属-介质复合体系的等离激元共振效应及SERS特性研究

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表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SRES)技术具有超高的检测灵敏度、低检测极限、无损伤、快速高效等优点,还能提供分子结构的指纹信息,在许多领域都得到了广泛的应用。尤其是在实现了单分子的检测之后,SERS技术吸引了越来越多的研究者进行研究。SERS基底是SERS技术的关键,SERS基底的性能对SERS增强的效果是有直接的影响的。本论文解释了表面增强拉曼散射的机理,探索和制备了低成本、大面积、高效率的SERS基底,并研究了其SERS特性。主要为以下几个部分:1、介绍了表面增强拉曼散射的增强机理:物理增强机理和化学增强机理。并对相关的仿真模拟计算方法:时域有限差分法(FDTD)和有限元法(FEM)进行了详细的介绍。本文使用FDTD对其中一个制备结构的电场分布进行了计算分析。2、提出了一种SERS基底:Au颗粒-薄介质缓冲膜层-Au颗粒的三层结构,采用沉积薄膜和退火的工艺制备这个结构。首先得到了密集分布的金属颗粒,密集分布的金属颗粒间有较强的局域电场和等离激元近场热点,可以为其提供超高的检测能力。其次将密集堆积Au颗粒与超薄的介电薄膜结合起来,证明还能提供额外的增强拉曼信号的作用。为利用半导体来增强SERS技术提供了新的想法。3、提出了另一种相似Au团簇-Si/SiO2薄膜-Au团簇三明治结构的SERS基底。通过沉积薄膜,并通过控制薄膜厚度、退火温度和退火时间来控制结构的形貌。同时简要的对该结构的光学特性和SERS性能进行了分析,是一种通过超薄介质薄膜来增强拉曼信号的可行的方法。4、详细介绍了SiO2微球的制备过程,采用溶胶凝胶的方法制备了大小为410nm的单分散的SiO2微球,并采用自组装的方法合成SiO2胶体晶体。通过磁控溅射金膜于SiO2胶体晶体上并对其进行退火处理的工艺和利用化学刻蚀的简单方法对样品进行刻蚀。在复合结构上形成了许多的纳米间隙,证明了纳米间隙是有改善SERS效应的作用的。
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