一种金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底及制备方法和应用与流程

本发明属于拉曼检测领域，涉及一种金@银纳米颗粒/金字塔形硅复合型三维拉曼增强基底及制备方法和应用。

背景技术：

拉曼增强技术作为一种无标记的分析检测手段，由于其极高的灵敏度，近几年来引起了科研人员的广泛关注。科研人员已经做了大量的工作以获得灵敏度高、稳定性好、均一稳定的拉曼增强基底。研究表明，三维拉曼增强基底相比二维增强基底而言，具有较大的比表面积，因而可以增加热点的数量，同时非常利于待测分子的吸附，因此可以获得高灵敏度的拉曼增强信号。目前三维拉曼增强基底主要采用光刻工艺获得，该方法制备过程较为繁琐，生产成本较高而且效率不高，因此限制了其发展。

单一的金属作为拉曼增强基底材料，虽然可以获得一定的拉曼增强效果，但是其电磁增强效果有限，灵敏度受限，而且金属表面极易被氧化，拉曼增强信号的稳定性不好。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种基于金@银纳米颗粒/金字塔形硅复合型三维拉曼增强基底及制备方法和应用。本发明操作简单、成本低，可实现三维拉曼增强基底的批量化制备，而且获得的拉曼增强信号灵敏度高、稳定性好、均一性高。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底，所述增强基底从下到上依次包括金字塔形硅基底、银纳米颗粒层、金纳米颗粒层。

三维金字塔形硅具有周期性的表面结构和较大的比表面积，可以增加热点数量，提高拉曼增强的灵敏度；银纳米颗粒相比较其他金属颗粒而言，灵敏度更高，其表面易氧化的不稳定性可通过金纳米颗粒层得到解决，而且金纳米薄膜与银纳米颗粒之间可产生有效的电磁增强效果，因而能大幅提高拉曼增强效果。

一种金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底的制备方法，包括以下步骤：(1)在硅基底材料上制备金字塔形硅基底；(2)向金字塔形硅基底修饰银纳米薄膜；(3)继续修饰金纳米薄膜。第一次实现了金@银纳米颗粒/金字塔形硅复合型三维拉曼增强基底的制备。

进一步的，所述的硅基底材料为单晶硅。

进一步的，所述步骤(1)制备金字塔形硅基底的方法为湿法腐蚀工艺。

进一步的，所述步骤(2)具体为：热蒸镀的方法在金字塔形硅基表面沉积银纳米薄膜，退火制得银纳米颗粒/金字塔形硅基底。

优选的，银纳米薄膜厚度为10-50nm。

优选的，退火工艺温度为400-700℃。

进一步的，所述步骤(3)具体为：磁控溅射方法在银纳米颗粒/金字塔形硅基底表面溅射金纳米薄膜。

优选的，所述的金纳米薄膜厚度为1-5nm。

上述制备的三维拉曼增强基底在获得分子拉曼增强光谱中的应用。

本发明的有益效果：(1)本发明第一次实现了金@银纳米颗粒/金字塔形硅复合型三维拉曼增强基底的制备。

(2)本发明的制备方法操作简单，省去了繁琐的步骤，易于实现批量化生产。

(3)本发明的金字塔形硅具有周期性的表面结构，比表面积较大，增加了热点数量，提高了拉曼增强的灵敏度，同时硅基材料反射率较高、生物兼容性更好、表面易于裁剪而且易于功能化修饰；采用金@银纳米颗粒结构不仅可以有效的提高基底的抗氧化特性，而且金纳米薄膜与银纳米颗粒之间可产生有效的电磁增强效果，因而能大幅提高拉曼增强效果。

(4)本发明提供的金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底结合了金@银纳米颗粒、金字塔形硅，可充分发挥两者的优势，获得的拉曼增强信号灵敏度高、稳定性好、均一性高。

附图说明

图1为本发明制备金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底的示意图；

图2为本发明实施例3制备金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底的扫描电子显微镜图像；

图3为本发明实施例3制备金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底的金包覆层的透射电子显微镜图像；

图4为本发明实施例3制备金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底获得R6G分子的拉曼增强光谱；

图5为本发明实施例3制备金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底氧化处理后获得R6G分子的拉曼增强光谱。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明。所述材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。

实施例1

一种金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底，所述增强基底从下到上依次包括金字塔形硅基底、银纳米颗粒层、金纳米颗粒层。其制备方法包括以下制备步骤：

1.利用湿法腐蚀工艺处理单晶硅表面，制得金字塔形硅基底；

2.利用热蒸镀方法在硅基表面沉积厚度为10nm银纳米薄膜；

3.400℃退火处理30分钟获得银纳米颗粒/金字塔形硅基底；

4.利用磁控溅射方法在银纳米颗粒/金字塔形硅基底表面溅射厚度为1nm的金纳米薄膜，获得金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底。

实施例2

一种金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底，所述增强基底从下到上依次包括金字塔形硅基底、银纳米颗粒层、金纳米颗粒层。其制备方法包括以下制备步骤：

1.利用湿法腐蚀工艺处理单晶硅表面，制得金字塔形硅基底；

2.利用热蒸镀方法在硅基表面沉积厚度为50nm银纳米薄膜；

3.700℃退火处理30分钟获得银纳米颗粒/金字塔形硅基底；

4.利用磁控溅射方法在银纳米颗粒/金字塔形硅基底表面溅射厚度为5nm的金纳米薄膜，获得金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底。

实施例3

一种金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底，包括金字塔形硅基底、银纳米颗粒、金纳米颗粒。其制备方法包括以下制备步骤：

1.利用湿法腐蚀工艺处理单晶硅表面，制得金字塔形硅基底；

2.利用热蒸镀方法在硅基表面沉积厚度为30nm银纳米薄膜；

3.500℃退火处理30分钟获得银纳米颗粒/金字塔形硅基底；

4.利用磁控溅射方法在银纳米颗粒/金字塔形硅基底表面溅射厚度为2.5nm的金纳米薄膜，获得金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底。

附图1为氧化石墨烯/银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底制备方法的示意图，图2为本发明实施例制备的金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底的扫描电子显微镜图像，从该图可以看出：(1)制备的三维增强基底具有典型的金字塔形结构；(2)成功的实现了金@银纳米颗粒和金字塔形硅的复合。

图3为本发明制备金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底的金包覆层的透射电子显微镜图像，从该图可以看出：金包覆层的厚度为2.5nm。

实施例4

将实施例3制备的金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底用于获得R6G分子的拉曼增强光谱。

图4为本发明制备金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底获得R6G分子的拉曼增强光谱，从该图可以看出：利用制备的三维拉曼增强基底获得了灵敏度高、均一性高的R6G分子的拉曼增强光谱。

实施例5

将实施例3制备的金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底氧化处理后用于获得R6G分子的拉曼增强光谱

图5为本发明制备金@银纳米颗粒/金字塔形硅三维拉曼增强基底氧化处理后获得R6G分子的拉曼增强光谱，从该图可以看出：利用制备的三维拉曼增强基底获得了稳定性好、的R6G分子的拉曼增强光谱。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。