大面积自组装二氧化硅纳米球阵列上沉积的银膜作为超敏SERS衬底

本文介绍了通过磁控溅射技术在大面积自组装二氧化硅纳米球阵列上沉积银膜，从而制备超灵敏表面增强拉曼散射(SERS)衬底的方法。这种方法通过纯物理过程，形成了具有大面积周期性纳米结构的银纳米颗粒阵列，展现出了在化学和生物学分析中巨大的应用潜力。以下内容将详细阐述相关的知识点。 表面增强拉曼散射（Surface Enhanced Raman Scattering，简称SERS）是一种强大的分析工具，广泛应用于表面科学、材料科学、生物学等众多领域。其主要优点包括分子指纹特性、超灵敏度以及非接触特性。SERS的增强机制主要有电磁机制（Electromagnetic Mechanism，简称EM）和化学机制（Chemical Mechanism，简称CM）两大类。其中，电磁机制的增强因子（Enhancement Factor，简称EF）可达到10^8甚至更高，这是SERS信号大幅增强的主要贡献者。 SERS衬底的制备一直是SERS应用的前提条件。与传统的金属胶体溶液相比，大面积自组装二氧化硅纳米球阵列模板在低温处理的斜置硅（Si）衬底上组装，并通过磁控溅射技术沉积60纳米厚的银膜于直径360纳米的二氧化硅纳米球上，形成大面积均匀的银纳米簇阵列。在此基础上，通过检测标记分子罗丹明6G（Rhodamine 6G，简称R6G）成功验证了其超灵敏性，其检测限达到了10^-11M。 此外，该SERS衬底的制备方法不仅便捷，而且具有高度的可靠性，通过纯物理过程制备，无需化学修饰，大大简化了操作流程。衬底的表面增强拉曼散射性能与银在纳米球表面的分布形态密切相关。因此，文章结合R6G作为探测分子，讨论了制备的衬底的表面增强拉曼散射性能。 本文还介绍了一些与课题相关的基础知识，例如自组装技术、磁控溅射技术、纳米结构以及拉曼散射等。自组装技术是一种能够通过分子间的相互作用力，将材料组成单元自主地组装成预定结构的纳米材料制备方法。磁控溅射技术是一种利用磁场增强的阴极溅射技术，它可以在大面积衬底上均匀地镀膜。纳米结构因其尺寸效应，在物理、化学特性方面展现出许多与宏观材料不同的性质。拉曼散射是一种非弹性散射过程，当光子与物质相互作用时，除弹性的瑞利散射外，还有一小部分光子与物质的分子相互作用后，能量发生了变化，从而产生了拉曼散射光谱。这种光谱为研究物质结构提供了极为重要的信息。 通过研究和开发新的SERS衬底，能够推动SERS技术在包括化学、生物学在内的多个领域中的应用，实现对微量化合物的检测，并在临床检测、环境监测、食品安全检测等方面发挥关键作用。