[发明专利]一种用于拉曼光谱表征的局域电磁场增强器件及其制备方法、应用和使用方法

权利要求书

1.一种用于拉曼光谱表征的局域电磁场增强器件，其特征在于，包括复合金属纳米孔阵列衬底和原子力显微镜探针；所述复合金属纳米孔阵列衬底自下而上依次由硬质基底、铬层、金层、上表面包覆金膜的银层组成，所述纳米孔阵列设置于银层和金层上，且纳米孔垂直深度小于银层和金层的厚度之和，纳米孔孔壁包覆有金膜；所述原子力显微镜探针表面包覆有银膜，探针针尖表面具有条纹。

2.根据权利要求1所述的一种用于拉曼光谱表征的局域电磁场增强器件，其特征在于，所述硬质基底为硅片或玻璃片。

3.根据权利要求1所述的一种用于拉曼光谱表征的局域电磁场增强器件，其特征在于，所述铬层的厚度为2-3nm，金层的厚度为50-100nm，银层的厚度为20-50nm，银膜的厚度为10-20nm。

4.根据权利要求1所述的一种用于拉曼光谱表征的局域电磁场增强器件，其特征在于，所述纳米孔阵列中纳米孔孔径为50-100nm，周期为100-200nm。

5.根据权利要求1所述的一种用于拉曼光谱表征的局域电磁场增强器件，其特征在于，所述银膜的材料为掺杂且晶格不规则的银材料。

6.根据权利要求1所述的一种用于拉曼光谱表征的局域电磁场增强器件，其特征在于，所述探针针尖处曲率半径小于30nm。

7.权利要求1-6任一项所述的一种用于拉曼光谱表征的局域电磁场增强器件的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)制备复合金属纳米孔阵列衬底

将硬质基底清洗干净后，自下而上依次沉积铬层、金层和银层，然后利用聚焦离子束刻蚀技术首先刻蚀银层，刻蚀过程中溅射出的银原子重新沉积在银层未被刻蚀的地方，待所述银层被刻穿后，开始刻蚀金层，刻蚀过程中溅射出的金原子重新沉积在银层未被刻蚀的地方和经刻蚀所形成的纳米孔的孔壁上，至银层未被刻蚀的地方和经刻蚀所形成的纳米孔的孔壁被溅射出的金原子完全覆盖且纳米孔垂直深度小于银层和金层的厚度之和，制得复合金属纳米孔阵列衬底；

(2)制备针尖

将原子力显微镜探针清洗干净后，在探针表面沉积银膜，然后利用聚焦离子束刻蚀技术对探针针尖进行处理，使针尖表面具有条纹。

8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)制备复合金属纳米孔阵列衬底

利用等离子体清洗机或化学方法将硬质基底清洗干净后，采用磁控溅射或真空蒸镀技术自下而上依次沉积铬层、金层和银层，然后利用聚焦离子束刻蚀技术，采用镓源，选用15μm光阑，在束流小于5pA，聚焦离子束剂量为0.02-0.1nC/μm²条件下，首先刻蚀银层，刻蚀过程中溅射出的银原子重新沉积在银层未被刻蚀的地方，待所述银层被刻穿后，开始刻蚀金层，刻蚀过程中溅射出的金原子重新沉积在银层未被刻蚀的地方和经刻蚀所形成的纳米孔的孔壁上，至银层未被刻蚀的地方和经刻蚀所形成的纳米孔的孔壁被溅射出的金原子完全覆盖且纳米孔垂直深度小于银层和金层的厚度之和，制得复合金属纳米孔阵列衬底；

(2)制备针尖

利用等离子体清洗机将原子力显微镜探针清洗干净后，采用磁控溅射或真空蒸镀在探针表面沉积银膜，然后利用聚焦离子束刻蚀技术，采用氦源，选用15μm光阑，在束流为1pA，聚焦离子束剂量为0.01-0.02nC/μm²条件下，刻蚀探针针尖，调节针尖的曲率半径，并在针尖表面刻蚀条纹。

9.权利要求1-6任一项所述的一种用于拉曼光谱表征的局域电磁场增强器件在单分子拉曼指纹表征中的应用。

10.权利要求1-6任一项所述的一种用于拉曼光谱表征的局域电磁场增强器件的使用方法，其特征在于，所述方法具体为：将待测样品液滴于权利要求1-6任一项所述的复合金属纳米孔阵列衬底上，然后同时利用安装有权利要求1-6任一项所述的原子力显微镜探针的原子力显微镜和拉曼共聚焦显微光谱仪对复合金属纳米孔阵列衬底表面进行扫描，对比分析复合金属纳米孔阵列衬底上纳米孔内、两个相邻纳米孔之间、三个相邻纳米孔之间的针尖增强散射信号特征峰位和峰强，获取单个待测分子在衬底表面构型构象的差异。