[发明专利]基于模板复制技术的表面增强拉曼活性基底制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及金属表面处理技术领域，具体涉及一种基于模板复制技术的表面增强拉曼活性基底制备方法。

技术背景：

表面增强拉曼光谱（Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)是指当分子吸附在一些特殊制备的金属良导体表面或溶胶中，吸附分子的拉曼信号要比普通拉曼信号得到极大增强的现象，一般其拉曼增强因子可以达到10⁵～10¹²倍，有望实现单个分子的检测技术。SERS技术在传感器、生物探针、痕量检测等领域有着广泛的应用。

表面增强拉曼光谱必须依靠具有表面增强拉曼效应的活性基底，一般是具有一定粗糙度的金属表面、金属岛膜或金属纳米结构阵列。通过电化学氧化还原处理、化学刻蚀等多种方法可以获得具有一定粗糙度的金属表面，这种活性基底具有制备工艺多样、制作成本低等优点，但是由于表面粗糙度起伏较大、表面结构不均匀，从而容易影响SERS光谱的稳定性和重现性。金属岛膜的制备一般是在石英、硅片或者玻璃等基体上真空蒸镀或者溅射一层金属，通过控制温度、沉积速度以及晶核生长等方式获得具有均匀粗糙度的金属表面，其优点是粗糙度均匀、沉积的金属层厚度可控，但是影响表面形貌的沉积因素较多，对沉积条件的控制要求较严格。金属纳米结构阵列一般通过平板印刷（Lithograph）的方法制备，这种基底的优点是微纳结构可以精确控制，但是制备流程复杂、对设备要求高，从而成本较高。

发明内容：

本发明的目的为了解决目前金属纳米阵列活性基底制作成本高等问题，提供一种基于模板复制技术的表面增强拉曼活性基底制备方法，模板复制技术是利用一块带有微纳结构的母模板，通过翻模复制，获得多个具有相反微纳结构的聚合物表面，然后通过在聚合物表面蒸镀金属层，可以快速、低成本获得金属微纳阵列表面拉曼增强活性基底，该方法具有工艺过程简明、材料适用范围广、制作成本低等特点。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案为：

一种基于模板复制技术的表面增强拉曼活性基底制备方法，其特征在于，包括以下步骤：利用表面具有纳米阵列结构的母模板，通过聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液对母模板进行翻模复制，得到带有相反纳米结构的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA阵列结构，然后对聚甲基丙烯酸甲酯PMMA阵列结构进行蒸镀金属层，得到金属纳米阵列表面增强拉曼活性基底。

上述的制备方法具体包括以下步骤：

（1）制备表面具有纳米阵列结构的母模板，所述母模板通过气相CVD沉积一层纳米厚度的抗粘层；

（2）配制浓度为20～300mg/ml的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液，将所述聚甲基丙烯酸甲酯PMMA溶液电磁搅拌2～4小时，使聚甲基丙烯酸甲酯PMMA完全溶解于溶剂中，得到聚甲基丙烯酸甲酯PMMA澄清溶液；

（3）将步骤（2）所述聚甲基丙烯酸甲酯PMMA澄清溶液采用旋涂方式涂覆到步骤（1）所述母模板表面，旋涂速度为500～3000rpm；

（4）将步骤（3）所述母模板在温度80～150℃范围内干燥，干燥时间1～3小时，干燥后得到母模板与聚甲基丙烯酸甲酯PMMA层的两层结构；

（5）制备粘结层聚合物，将粘结层聚合物浇筑在步骤（4）所述聚甲基丙烯酸甲酯PMMA层表面，在80～200℃温度范围内使粘结层聚合物固化，固化后得到母模板、聚甲基丙烯酸甲酯PMMA层与粘结层的三层结构；

（6）将步骤（5）所述粘结层连所述聚甲基丙烯酸甲酯PMMA层从母模板表面剥离，得到与母模板纳米阵列结构相反的聚甲基丙烯酸甲酯PMMA纳米阵列结构；

（7）在步骤（6）所述聚甲基丙烯酸甲酯PMMA纳米阵列结构表面蒸镀5～50nm厚的活性金属，得到金属纳米阵列表面增强拉曼活性基底。

所述母模板表面具有纳米孔、纳米棒、纳米锥或纳米金字塔阵列结构，水平方向结构尺寸介于10～500nm之间，垂直方向结构尺寸介于10nm～5μm之间，周期介于5nm～10μm之间。

所述母模板材质为无机材料或有机材料，无机材料为氧化铝、石英、硅或金属镍，有机材料为环氧树脂、有机硅树脂或聚氨酯。

所述母模板不溶于甲苯、丙酮、氯仿、二氯甲烷的有机溶剂中的一种或几种。

步骤（1）所述抗粘层减小步骤（2）所述溶剂去除后聚甲基丙烯酸甲酯PMMA与母模板的脱模阻力。

所述溶剂为甲苯、丙酮、氯仿、三氯甲烷、二氯甲烷中的一种或几种。