一种放大拉曼光谱信号的镀金基片的制作方法

本实用新型涉及拉曼检测技术领域，尤其是涉及一种放大拉曼光谱信号的镀金基片。

背景技术：

拉曼散射效应非常弱，其散射光强度约为入射光强度的10^-6～10^-9，极大地限制了拉曼光谱的应用和发展。1974年Fldshmann等人发现吸附在粗糙金银表面的tt旋分子的拉曼信号强度得到很大程度的提高，同时信号强度随着电极所加电位的变化而变化。

拉曼增强的机理分为物理增强与化学增强两种，物理增强主要是由于表面等离子共振导致的电场增强引起的，例如一定形貌的金银铜，此种机理已被证实为SERS效应的主要增强机制，增强因子可达到10¹¹；化学增强主要是由于基底与分子间的电荷交换引起的，例如石墨烯，二硫化钼等，此种机理的增强因子最高仅为10³。

传统的表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering，SERS)基片是利用纯金属的纳米结构，特别是金、银等贵金属的各种形貌如纳米颗粒、纳米管线、纳米棒、纳米球等。此种基底虽然具有良好的增强性能，但其拉曼信号增强倍数不够大，增大效果有待进一步提高，且高温环境下该基底的热稳定性差。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种放大拉曼光谱信号的镀金基片。

为了实现上述目的，本实用新型的技术方案是：

一种放大拉曼光谱信号的镀金基片，包括：硅基底、设于所述硅基底上的金纳米单元阵列、完全包覆于所述金纳米单元阵列上的氧化钛薄膜和设于所述氧化钛薄膜上的金纳米颗粒层；其中，所述金纳米颗粒的形状为球状，所述金纳米单元均包括多个金纳米粒子，所述金纳米粒子的形状为花状，所述金纳米单元的高度均为900～1000nm，所述金纳米单元的间距为1000～1500nm。

优选地，所述氧化钛薄膜的厚度为22～24nm。

优选地，所述金纳米单元为等边三角形柱状结构，边长为150～180nm。

优选地，所述金纳米粒子的大小为12～18nm。

本实用新型具有的优点和积极效果是：本实用新型提供的放大拉曼光谱信号的镀金基片，设于硅基底上的金纳米单元阵列，每个金纳米单元均包括多个金纳米粒子，其检测灵敏度增高；在金纳米单元阵列上完全包敷一层氧化钛薄膜，氧化钛较金纳米结构具有更高的熔点，在高温环境下氧化钛薄膜能够保护金纳米结构，防止其发生熔化和团聚，大大提升了基片的热稳定性；本实用新型采用多层金纳米结构，使同层、不同层金纳米颗粒、粒子间均可达到SERS增强效果，大大提高SERS效应的增强因子，使增强因子达到10¹⁴左右。

附图说明

图1表示本实用新型一实施例的结构示意图

图2表示本实用新型一实施例的金纳米单元阵列的结构示意图

图中：

1、硅基底 2、金纳米单元阵列 3、氧化钛薄膜

4、金纳米颗粒层

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面结合附图对本实用新型的一种具体实施方式做出具体说明，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种放大拉曼光谱信号的镀金基片，如图1所示，包括：硅基底1、设于硅基底上的金纳米单元阵列2、完全包覆于金纳米单元阵列上的氧化钛薄膜3和设于氧化钛薄膜上的金纳米颗粒层4。

其中，金纳米单元均包括多个金纳米粒子，金纳米粒子的形状为花状，金纳米单元的高度均为900～1000nm，金纳米单元的间距为1000～1500nm，如图2所示，金纳米单元为等边三角形柱状结构，边长为150～180nm，金纳米粒子的大小为12～18nm。金纳米单元包括多个金纳米粒子，且各单元尺寸相同，均匀分布于硅基底上，使其形成的粗糙表面分布均匀，增多了参与增强作用的金属，增强效果显著，增强的拉曼信号稳定性高，检测灵敏性提高；金纳米单元的外形结构为三角形，是由于相比于圆形，方形等结构，在各锐角的地方能够获得更强的局部电场限制效果，其增强效果较其他形状更显著，处于易于加工的角度，选用等边三角形柱状为其外形结构。

采用两步还原法可控合成金纳米花，首先室温搅拌条件下将1ml物质的量浓度为0.2mol/L的碳酸钾加入到28ml物质的量浓度为3×10^-4mol/L的氯金酸溶液中，然后加入5ul物质的量浓度为10mmol/L的抗坏血酸，持续搅拌5min，之后快速加入1ml物质的量浓度为10mmol/L的盐酸羟氨，见溶液立即由明黄变为深蓝色，表明金纳米花形成，将所获溶液于离心机上以3000r/min转速离心6min，出去上清，加入去离子水离心清洗两次，最后加入0.5ml去离子水定容，形成的金纳米花溶胶在4度下储存备用。也可以采用其他方法制备，例如以20nm球形金纳米粒子为种子，抗坏血酸和HAuCl4为生长溶液，利用步步种子法制备花状金纳米粒子等。

金纳米单元阵列2的制作采用在硅基底1上设置一层软性模板，软性模板上具有金纳米单元阵列的孔洞，孔洞的形状与金纳米单元的形状相匹配；然后将花状的金纳米粒子喷涂到孔洞中，退火，退火40分钟，温度320度；最后去除软性模板即形成金纳米单元阵列。

将附有金纳米单元阵列的硅基底1固定在托盘上，放入电子束蒸镀机腔里，待腔内压强降至1×10^-4Pa时，依次以0.04nm/s蒸镀22～24nm氧化钛、金纳米颗粒层4(即一层金膜)，其中各层镀完后待电子束蒸镀机冷却40分钟再接着镀下一层。在金纳米单元阵列2上溅射一层氧化钛薄膜3，氧化钛薄膜的厚度为22～24nm，超薄的氧化层不会大幅度衰减金纳米结构的表面增强拉曼信号，基片仍能具有良好的增强效果，并且氧化钛较金纳米结构具有更高的熔点，在高温环境下氧化钛薄膜能够保护下方的金纳米结构，防止其发生熔化和团聚，保持其结构和性能，大大提升了基片的热稳定性。

金纳米颗粒的形状为球状，与金纳米单元阵列形成多层金纳米结构，使同层、不同层金纳米颗粒、粒子间均可达到SERS增强效果，大大提高SERS效应的增强因子，使增强因子达到10¹⁴左右。

使用时，在金纳米颗粒层4上激发表面等离子体共振波，使金纳米颗粒层表面的电磁场增强，金纳米颗粒层与金纳米单元阵列2的结构间设有氧化钛薄膜3，使金纳米结构间具有一定的距离，在表面等离子体共振波的激发下，金纳米单元阵列产生局部表面等离子体共振信号，每个金纳米单元由多个金纳米粒子构成，从而金纳米单元阵列的电磁场显著增强，大大提高镀金基片的增强效果，同时提高了检测的灵敏度。

本实用新型提供的放大拉曼光谱信号的镀金基片，设于硅基底上的金纳米单元阵列，每个金纳米单元均包括多个金纳米粒子，其检测灵敏度增高；在金纳米单元阵列上完全包敷一层氧化钛薄膜，氧化钛较金纳米结构具有更高的熔点，在高温环境下氧化钛薄膜能够保护金纳米结构，防止其发生熔化和团聚，大大提升了基片的热稳定性；本实用新型采用多层金纳米结构，使同层、不同层金纳米颗粒、粒子间均可达到SERS增强效果，大大提高SERS效应的增强因子，使增强因子达到10¹⁴左右。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置必须具有特定的方位，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以上对本实用新型的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本实用新型的较佳实施例，不能被认为用于限定本实用新型的实施范围。凡依本实用新型申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本实用新型的专利涵盖范围之内。