[发明专利]快速制备大面积石墨烯/金属复合结构SERS基底方法

说明书

本发明公开了一种快速制备大面积石墨烯/金属复合结构SERS基底的方法。使用脉冲激光在基底表面加工线阵列图形，以形成交替分布的若干激光加工区域和若干激光未加工区域，其中激光加工区域去除的材料以纳米颗粒的形式沉积在激光未加工区域；再将金属薄膜沉积在处理后的基底上形成金属纳米结构；再将石墨烯转移至所述金属纳米结构表面；滴加PMMA溶液后烘干，使石墨烯与金属纳米结构紧密贴合；最后，去除PMMA并清洗干净，即得石墨烯/金属复合结构SERS基底。本发明可快速、高效、低成本地制备大面积的石墨烯/金属复合结构SERS基底，且制得的SERS基底灵敏度高，一致性好。

技术领域

本发明属于拉曼检测技术领域，具体涉及一种快速制备大面积石墨烯/金属复合结构表面增强拉曼散射基底的方法。

背景技术

拉曼光谱是包含物质结构信息的散射光谱，它是入射光子与分子振动、转动的量子化能级共振发生非弹性碰撞而产生的光散射，是物质鉴别的一种有效手段。但由于拉曼散射强度弱(通常小于入射光的10^-6)，且拉曼散射截面远远小于荧光散射截面，导致微弱的拉曼散射信号常常湮没在荧光信号中，限制了拉曼光谱技术的应用。表面增强拉曼散射(SERS)是增强拉曼信号的有效手段，有效解决了传统拉曼光谱在表面科学和痕量分析中存在的拉曼信号微弱、检测灵敏度低、易受荧光干扰等问题。

物理增强与化学增强是表面增强拉曼散射的两种机理。其中，物理增强是导致拉曼信号增强的主要因素。物理增强是由局部放大的电磁场引起的，入射激光诱导金属微纳结构基底表面产生等离激元共振可显著增强局部电磁场。但物理增强是一种近场增强，仅在产生表面等离激元共振的金属基底附近起作用，且随着距离的增大，放大的电磁场呈指数衰减。而化学增强是由于探针分子与基底之间的电荷转移，导致探针分子极化率增大引起的。

石墨烯/金属复合结构SERS基底是一种新的结构体系的SERS基底，与传统的金属SERS 基底相比，具有以下优势：(1)石墨烯/金属复合结构SERS基底具有更强的拉曼信号增强能力，它同时利用了石墨烯的化学增强与金属基底的物理增强，且石墨烯可吸附探针分子，使得探针分子在其表面富集；(2)石墨烯可有效抑制荧光，减小拉曼信号的荧光背景；(3)石墨烯可避免探针分子与金属基底直接接触，避免探针分子与金属基底之间相互作用而造成拉曼特征峰的变化；(4)石墨烯可将金属基底与空气隔绝，避免因金属氧化、腐蚀而造成的拉曼性能的退化。

然而目前石墨烯/金属复合结构SERS基底的制备仍存在着一些问题，主要包括金属纳米结构的制备及石墨烯的自组装两个方面。(1)金属纳米结构的制备存在的问题：制备金属纳米结构的常用方法主要有电化学粗糙法、纳米颗粒合成法、微纳刻蚀法。电化学粗糙法制得的粗糙金属电极表面形貌无序，尺寸、形状不易控制，从而导致SERS信号一致性差，无法用于定量测量。纳米颗粒合成法存在着纳米颗粒易团聚、不稳定，且合成过程中残留的化学杂质使得 SERS基底存在较大的背景信号，无法用于痕量物质的检测。微纳刻蚀法主要包括光刻法、电子束刻蚀法、聚焦离子束刻蚀法，微纳刻蚀法可制备出均匀的微纳结构阵列，但此类方法制备效率低、成本高、制备过程繁琐。(2)石墨烯自组装存在的问题：自组装的石墨烯与金属基底没有完全贴合，导致吸附在石墨烯表面的探针分子与金属基底之间的距离增大，拉曼信号增强能力减弱。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供了一种快速制备大面积石墨烯/金属复合结构表面增强拉曼散射基底的方法，该方法具有低成本，可高效快速制备的优点，且制得的基底中石墨烯与金属纳米结构紧密贴合，SERS信号强。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种快速制备大面积石墨烯/金属复合结构表面增强拉曼散射基底的方法，包括：

1)使用脉冲激光在基底表面加工线阵列图形，以形成交替分布的若干激光加工区域和若干激光未加工区域，激光加工区域去除的材料以纳米颗粒的形式沉积在激光未加工区域；