微纳多级腔结构制备及SERS增强特性研究.pdf

目录

摘要I

AbstractIII

第一章绪论1

1.1拉曼散射简介1

1.2SERS简介2

1.2.1SERS现象的发现2

1.2.2SERS增强机制3

1.3半导体材料在SERS方面的应用简介5

1.4腔结构在SERS方面的研究进展8

1.4.1腔结构的优势8

1.4.2腔结构在SERS方面的应用9

1.5SERS传感器的研究现状10

1.6本论文的选题依据及概要11

第二章Ag/NiS/PVDFCavity多级腔结构SERS传感器13

32

2.1研究背景13

2.2基底制备14

2.2.1实验材料14

2.2.2Ag/NiS/PVDFCavity多级腔结构基底制备14

32

2.3实验设备和表征仪器15

2.4结果与讨论16

2.4.1MCS基底表征16

2.4.2MCS基底的SERS性能以及机理解释19

2.4.3MCS基底的全向性SERS信号以及基底的机械稳定性26

2.4.4MCS传感器用于纳米塑料检测30

2.5本章小结32

第三章Ag/ZnO/PDMSCavity多级腔结构SERS传感器33

研究背景33

3.2基底制备34

3.2.1实验材料34

3.2.2Ag/ZnO/PDMSCavity多级腔结构基底制备方法34

3.3实验设备和表征仪器35

3.4结果与讨论35

3.4.1基底的形貌表征35

3.4.2拉曼性能检测37

3.5本章小结38

第四章总结与展望41

4.1总结41

4.2展望42

参考文献43

攻读硕士期间发表的论文55

致谢57

摘要

随着全球环境污染日益加剧，逐渐影响到人类生活的许多方面，尤其是人类

健康。因此一项快速便捷的污染物检测技术就显得尤为重要。表面增强拉曼散射

（SERS）是通过其振动指纹识别痕量分析物的一项重要技术。以其无损性，稳

定性，高灵敏性和便捷性吸引了广大科研工作者的关注，并广泛的将SERS技术

应用于食品安全、医疗卫生、环境监测等与人类息息相关的领域。在SERS技术

的应用中，SERS传感器是一个重要的发展方向。如何设计SERS传感器完成污

染物检测或健康监测等任务是目前亟待解决的问题。

本文的主要工作是利用腔结构与半导体材料制成的纳米结构相结合，将这种

多级腔结构组装到柔性材料上，组成一种可以进行现场检测的便捷的柔性SERS

传感器。该传感器可以用于污染物的现场检测。具体工作如下：

（1）本章介绍了一种用于纳米塑料检测的Ag/NiS/PVDFCavity多级腔结

32

构（MCS）SERS传感器。在柔性材料聚偏氟乙烯（PVDF）上采用旋涂翻模技

术形成了整齐的六边形凹坑阵列，这种凹坑阵列增大了光吸收效率，提高SERS

信号的同时还能保护内部纳米结构，使得传感器在实际应用中具有抗机械磨损的

性能，从而增加了传感器的使用寿命。凹坑内部是由半导体材料二硫化三镍

（NiS）纳米片形成的纳米腔结构，纳米腔主要为了增强SERS强度和增大激

32

光入射角的接收能力，并且文中补充说明了由半导体材料组成的纳米腔的增强机

理。半导体与银纳米颗粒结合之后，纳米片的大表面积可以增加纳米颗粒与分析

物的相互作用，缩小银纳米颗粒之间的间隙，从而极大增强拉曼信号，提高传感

器的检测能力。同时由于纳米腔和微米腔结构的方向调节作用，使得传感器可以

减少在激光非垂直入射时的拉曼信号衰减