[发明专利]形成有多个纳米间隙的基底及其制备方法

说明书

本发明涉及一种具有多个纳米间隙的基底及其制备方法，更具体地，本发明涉及一种具有高吸收且能够在宽范围内使用光源的多纳米间隙基底及其制备方法。

技术领域

以下描述涉及具有多个纳米间隙的基底及其制备方法。

背景技术

拉曼散射或拉曼效应是非弹性光子散射现象。当光子从原子或分子散射时，大多数光子被弹性散射(瑞利散射)，使得散射光子具有与入射光子相同的能量(频率和波长)。散射光子中的一小部分(大约1/1000万)通过激发而散射，散射光子具有不同于并且通常低于入射光子的频率。

当应用使用拉曼散射的拉曼光谱法时，不仅包括极性分子而且还包括具有感应极化性的非极性分子，在大多数有机分子中表现出拉曼效应(拉曼位移)。因此，它更适合于检测生物分子诸如蛋白质、基因等，因为它不受水分子引起的干扰的影响。

另一方面，拉曼发射光谱的特定波长代表化学组成和结构特征，使得其可用于使用拉曼信号直接分析材料。

即使可直接分析分析物，但由于非常弱的信号强度，它还没有被实际使用。然而，自1974年，当Fleischmann等人报道的表面增强拉曼散射以来，已经进行了放大信号强度的研究。

已经开发了使用所谓的局部表面等离激元共振(localized surface plasmonresonance)(LSPR)的技术作为用于增强拉曼信号的技术，其通过纳米间隙诱导表面等离激元共振。

用于形成多个纳米间隙的常规技术包括(1)在平的Si基底上形成数十纳米的等离激元(plasmonic)膜，形成几纳米的绝缘层，并施加等离激元纳米颗粒的方法，和(2)在平的Si基底上形成120纳米的等离激元膜，形成几十纳米的绝缘层(SiO₂)，并施加等离激元纳米颗粒的方法。

在方法(1)中，由于中间绝缘层仅为几纳米，横过绝缘层，在等离激元纳米颗粒和等离激元膜之间发生电磁耦合，因此其可用作纳米触角(nano-antenna)，以限制和散射特定波长的入射光。

在方法(2)中，因为中间绝缘层具有50nm的厚度，所以不发生方法(1)中所示的电磁耦合，并且等离激元膜用作反射入射光的镜。电磁耦合仅在最顶层的等离激元纳米颗粒之间的纳米间隙中发生。

在[Nature，2012,492,86-90，doi：10.1038/nature11615]中的“Controlled-reflectance surfaces with film coupled colloidal nanoantennas(受控反射比表面具有膜偶联的胶态纳米触角)”中已经介绍了方法(1)。根据图1，在平的基底上沉积50nm金的膜，沉积4nm至17nm的聚合物绝缘层，最后施加约74nm的银纳米管。因此，中间的聚合物绝缘层的厚度为几纳米，在金膜和银纳米颗粒之间形成纳米间隙。

该技术可通过控制聚合物绝缘层来控制LSPR的峰。然而，如果增加银纳米颗粒的尺寸或密度以增加纳米间隙形成面积，则相比于光的反射量，存在增加吸收量的限制。观察到的LSPR的峰范围为600nm至830nm。