[发明专利]金属膜耦合纳米岛表面增强拉曼散射基底及其制备方法

说明书

本发明提供一种金属膜耦合纳米岛表面增强拉曼散射基底，包括衬底基片，所述衬底基片上由下至上依次为铝薄膜层、铝元素可穿透的金属薄膜层、氧化铝层和贵金属纳米岛层。由于贵金属纳米岛层具有局域电磁场增强作用，能够增强拉曼散射光，同时铝薄膜层上层的金属薄膜层和贵金属纳米岛层之间会形成作用类似于法珀波导腔的纳米腔，能够进一步增强拉曼散射光；这种结构的基底能够改变分子的散射光分布，进一步提高拉曼信号收集效率。本发明的基底的增强倍数能够达到10⁸，远远优于现有的传统金属纳米岛SERS基底材料，而且金属薄膜层表面形成了一层超薄的Al₂O₃封装层，大大延长了基底材料的使用寿命，提高了基底的稳定性。

技术领域

本发明涉及化学分析检测领域，具体涉及一种金属膜耦合纳米岛表面增强拉曼散射基底及其制备方法。

背景技术

表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering，SERS)是一种异常的表面光学现象，是指粗糙的贵金属表面在入射光激发的情况下增强吸附在其表面的物质分子的拉曼散射光谱信号的一种现象。SERS现象与待测分子所处的周围环境密切相关，具有高增强能力、高稳定性的SERS活性基底是利用SERS的放大效应实现高灵敏度探测的关键因素之一。

SERS基底的制备在近些年获得了巨大的发展，其中经过金属膜的反浸润而制备的金属纳米岛在SERS增强能力、重复性和可再现性也有着不错的表现，因此被广泛应用于SERS基底的研究当中。但是，传统的金属纳米岛SERS基底还存在如下两个问题：(1)金属纳米岛受其成型原理限制，很难将纳米岛之间的间隔控制在一个较小的范围内，因此其SERS增强能力始终无法达到顶尖水平；(2)一般都需要利用金、银等贵金属纳米结构作为高灵敏性的增强材料，而绝大多数的金属纳米结构都存在易氧化和易受腐蚀的特性，这对基底材料的寿命存在着极大的限制。

因此，为了更好地满足科研的需求，需要开发出一种性能更加优良的SERS基底，使其具有更优的增强能力，更好的稳定性以及更长的寿命。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种增强能力更好、稳定性更高的金属膜耦合纳米岛表面增强拉曼散射基底，同时提供了制备该基底材料的制备方法。

本发明提供的金属膜耦合纳米岛表面增强拉曼散射基底，包括衬底基片，所述衬底基片上由下至上依次为铝薄膜层、铝元素可穿透的金属薄膜层、氧化铝层和贵金属纳米岛层。

进一步，所述衬底基片为硅基片或二氧化硅基片。

进一步，所述金属薄膜层为银薄膜层或铜薄膜层。

进一步，所述贵金属纳米岛层为银纳米岛层或金纳米岛层。

本发明还公开了一种所述的基底的制备方法，包括如下步骤：

(1)通过磁控溅射沉积的方法，在衬底基片上从下至上依次沉积铝薄膜层和铝元素可穿透的金属薄膜层，得到基底Ⅰ；

(2)将步骤(1)中所得的基底Ⅰ置于超低氧的环境下进行退火处理，使铝薄膜层中的部分铝元素扩散到铝薄膜层上层的金属薄膜层的上表面，与低浓度的氧原子反应，形成一层超薄的氧化铝层，得到基底Ⅱ；

(3)通过磁控溅射沉积的方法，在步骤(2)中所得的基底Ⅱ上再沉积一层贵金属薄膜层，然后将所得的基底进行退火处理，即可得到金属膜耦合纳米岛表面增强拉曼散射基底。

进一步，所述步骤(2)的具体操作为：将步骤(1)中所得的基底Ⅰ置于管式炉中，先将管式炉内部抽真空至(1～10)×10^-6Torr，然后以1～3L/min的流速通入惰性气体，至管式炉内部氧气浓度低于3ppm，之后继续以1～3L/min的流速通入惰性气体，并以10～20℃/min的升温速率将管式炉内部温度升高至400～800℃，维持恒温1～2h后，将管式炉自然冷却至室温，即可得到基底Ⅱ。