[发明专利]一种Ag‑SiO2‑Ag纳米球阵列的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料制备及拉曼光谱检测应用领域，尤其涉及一种Ag-SiO₂-Ag纳米球阵列的制备方法。

背景技术

拉曼散射光谱由于其对分子和化学键振动峰的特异性，成为一个功能强大的分子检测技术。表面增强拉曼散射(SERS)因其具有灵敏度高，快速检测，可以获得常规拉曼光谱所不易得到的结构信息，被广泛应用于表面研究、生物表面科学，食品安全等领域。SERS效应主要存在于金属纳米结构间的间隙，即“热点”(hot spot)，由于金属表面等离子共振效应，“热点”附近的电磁场得到极大的增强。最近的研究表明“热点”对SERS信号有很大的增强，对待检测物质有很高的灵敏度，甚至可以实现单分子检测。

目前关于活性基底制备方法的文献报道已经很多。其中，最常用的的是基于贵金属纳米粒子(金纳米颗粒、银纳米颗粒)的SERS基底，因为具有很高的拉曼增强特性和单分子检测的能力，得到很广泛的研究。但是金属纳米粒子在自组装过程中会不可避免的发生团聚，SERS信号的重现性差，限制了大面积制备；为了解决上述问题，一些研究者提出了绝缘外壳(如SiO₂，Al₂O₃)包覆的金属纳米粒子增强的拉曼散射(SHINERS)。一方面极薄的绝缘外壳(2-5nm)阻碍了金属纳米粒子间的团聚，另一方面也不影响金属核的电磁场分布，因此极大改善了拉曼信号的重现性。但是，制备壳隔绝的金属纳米粒子是一个很复杂的过程，同时这些纳米粒子需要分散到贵金属的基底上，限制了该结构的广泛使用。此外，随着半导体制备工艺的发展，在硅纳米阵列结构的表面涂覆一定厚度的金属薄膜作为SERS活性基底的方法也有了广泛的研究。而硅基纳米阵列结构(硅纳米线、纳米柱、纳米星)可以通过反应离子刻蚀(RIE)，电子束刻蚀(EBL)以及纳米球刻蚀等方法获得。金属薄膜涂覆的硅纳米阵列结构虽然可以得到均一、稳定的SERS信号，但是制备成本高、耗时，且很难制备出厘米量级的SERS基底，因此很难用时实际应用中。

目前，一些研究者成功的合成Fe₃O₄@Ag-SiO₂-Au核-壳微球结构以及Au-SiO₂-Au复合的纳米结构作为SERS的活性基底。该结构中，极薄的二氧化硅(SiO₂)薄膜作为外层 金属与内层金属之间的隔绝层。通过调控SiO₂薄膜的厚度，来调节内外层金属间的间距，从而最大限度的提高SERS信号。现有的方法是采用“湿法”(wet-methods)在金属纳米粒子的表面合成SiO₂薄膜，该方法制备厚度均匀、可控、但是合成5纳米以下的SiO₂仍然很困难。同时，合成的核-壳纳米粒子很难均匀的分散到固体衬底上，且与基底的结合不牢固。

发明内容

本发明实施例提供一种Ag-SiO₂-Ag纳米球阵列的制备方法，以提供一种具有表面增强拉曼效应的Ag-SiO₂-Ag纳米球阵列的制备方法的技术方案。

为了达到上述技术目的，本发明实施例提供了一种Ag-SiO₂-Ag纳米球阵列的制备方法，所述方法包括：

在单晶硅样品硅片表面热蒸镀一层银薄膜；

将单晶硅样品放入化学气相沉积反应腔中加热至预设温度，使银薄膜固态脱湿以形成银纳米颗粒；

在所述预设温度下通入反应气体硅烷，使银纳米颗粒表面均匀沉积一层极薄的硅纳米薄膜，得到Ag-Si核壳纳米球阵列结构；

再将单晶硅样品取出放置在氧气气氛中加热，使Si纳米壳氧化成SiO₂；

在样品表面再热蒸镀预设厚度的银薄膜，以形成Ag-SiO₂-Ag核-壳纳米球阵列结构，以作为表面增强拉曼散射SERS的基底。