纳米技术 纳米物体化学成分检测 石墨烯等离激元表面增强红外光谱法 征求意见稿.docx

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纳米技术纳米物体化学成分检测石墨烯等离激元表面增强红外光谱法

1范围

本文件规定了红外光谱领域，纳米物体化学成分检测的基于石墨烯等离激元表面增强红外光谱的方法规范。

本文件利用透射式微区红外光谱结合石墨烯等离激元增强衬底，适用于薄膜厚度小于50nm的固相物质的红外光谱测定。本文件适用于具有红外活性分子振动模式的痕量固相物质的红外光谱检测。

2规范性引用文件

下列文件中的条款通过本文件的引用而成为本文件的条款。凡是不注日期的引用文件，其必威体育精装版版本(包括所有的修改单)适用于本文件。

GB/T21186-2007傅立叶变换红外光谱仪

GB/T32199-2015红外光谱定性分析技术通则

GB/T30544.1-2014纳米科技术语第一部分：核心术语GB/T6040-2019红外光谱分析方法通则

3术语和定义

GB/T30544.1-2014、GB/T6040-2019界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

3.1

光阑Diaphragm

指在红外光谱光学系统中限制红外光通量的实物。[源于GB/T6040-2019的4.2.1]

3.2

吸光度Absorbance

入射光强度与透射光强度比值以10为底的对数。[源于GB/T6040-2019的3.2]

3.3

红外光谱分辨率Resolutionofinfraredspectroscopy采集试样红外光谱的分辨率，单位波数(cm-1)。

3.4

红外光谱采集次数Scansininfraredspectroscopymeasurement

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试样测试过程中红外光谱采集和平均的次数，单位次。

3.5

纳米尺度Nanoscale

处于1nm至100nm之间的尺寸范围。[源于GB/T30544.1-2014的2.1]

3.6

纳米材料Nanomaterial

任一外部维度、内部或表面结构处于纳米尺度的材料。[源于GB/T30544.1-2014的2.4]

3.7

纳米薄膜Nanomembrane

厚度在纳米尺度的薄膜材料。

3.8

石墨烯等离激元表面增强衬底GraphenePlasmonSurface-enhancedSubstrate具有红外指纹区表面等离激元响应的石墨烯纳米结构场效应晶体管。

3.9

栅极Gate

用于控制石墨烯费米能级的电极。

3.10

电学转移特性曲线Electricaltransfercharacteristiccurve

源漏之间电流值Ids随栅压Vgate改变的变化曲线，可以用于判断石墨烯的载流子迁移率和狄拉克点。

4符号和缩略语

4,1CNP（ChargeNeutralPoint）

狄拉克点，将石墨烯费米能级调制为零时所需的栅压，单位伏特(V)。

4.2Vgb

增强衬底背景栅压，将石墨烯费米能级调节至CNP时施加的栅压，单位伏特(V)。

4.3Vg

增强衬底采集栅压，将石墨烯费米能级调节至价带处，掺杂类型为p型时施加的栅压，单位伏特(V)。

4,4Vg

增强衬底栅压变化，?Vg=｜Vg-Vgb｜。

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4.5Extinction

消光度。在红外吸收光谱测量过程中，为了扣除背景噪声，利用石墨烯等离激元的电学响应特性采集石墨烯等离激元的红外吸收光谱的信号，其中，I为到达检测器的红外光强。

5原理

红外光谱技术可以快速无损地探测分子基团振动的指纹信息进而确定分子结构。然而，痕量纳米物质与微米红外光波长存在显著的尺寸失配（超过3个数量级），导致光与物质相互作用十分微弱，难以获得其准确的红外光谱信息。等离激元是增强红外光与物质相互作用的有效技术路径。等离激元是导体材料中自由电荷与入射光谐振产生的一种压缩电磁波，具有高的场增强效应。其中石墨烯因其具有单原子层的厚度、高载流子迁移率、狄拉克电子特性以及电学可调的优势，其等离激元可以将中红外频段（波长10微米量级）的电磁场能量局域在其表面0-50纳米范围内（热点），处在热点区域分子的红外信号能被有效放大数个量级，因此，石墨烯等离激元是实现痕量纳米物质增强红外光谱测试的理想介质。

当石墨烯等离激元共振频率与分子振动频率接近时，石墨烯等离激元和分子振动近似为两个相互作用的一维驱动阻尼谐振子。在自由空间电磁场的驱动下，石墨烯表面的自由电子做简谐振荡；虽然分子振动由于尺寸失配导致其无法被远场入射红外光有效驱动，但是石墨烯等离激元的简谐振荡可以有效驱动分子振动（如图1所示），并与分子振动模式相互耦合；由于共振相位不