[发明专利]一种基于纳米锥针结构的SERS基底及制备方法

说明书

本发明涉及一种基于纳米锥针结构的SERS基底及制备方法，属于光谱分析领域。包括基材，基材表面具有周期性排列的纳米锥针结构，纳米锥针结构包括由第一材料构成的第一层，由第二材料构成的第二层，基材及纳米锥针结构表面包覆由第三材料构成的第三层，第三层上沉积的金属纳米颗粒，基材由第一材料构成。在硅片上生成SiOsubgt;2/subgt;层，采用自组装方式将聚苯乙烯胶体球附着在SiOsubgt;2/subgt;层上，通过退火或反应离子刻蚀对聚苯乙烯胶体球进行尺寸调控；通过金属辅助化学刻蚀或干法刻蚀进行刻蚀；通过化学腐蚀获得纳米锥针结构；在硅片上沉积金，通过电化学法沉积金纳米颗粒。此基底灵敏度高、重复性好、成本低、适用于大规模生产。

技术领域

本发明涉及一种基于纳米锥针结构的SERS基底及制备方法，属于光谱分析领域。

背景技术

表面增强拉曼散射是一种具有单分子检测的光谱技术，其操作简单、特异性强、使用范围广等优势，广泛应用于食品安全、环境检测、疾病诊断等领域，已经成为一种强有力的快速检测手段。

表面增强拉曼散射(SERS)是指粗糙的金属(Au、Ag、Cu等)表面有分子吸附时，拉曼散射信号得到显著增强。目前普遍认为的表面增强拉曼散射主要有物理增强和化学增强机制，而物理增强占主导作用，物理增强主要是表面金属的电磁场增强。主要引起电磁场增强的是表面等离子体共振，同时避雷针效应也可以引起电磁场的增强。避雷针效应往往出现在针状结构上，这些针状结构有很强的局域电磁场，尖端越尖，尖端处的电磁场越强，拉曼信号增强效果约强。因此制备出针尖结构的SERS基底是非常重要的。

目前，SERS基底分为胶体基底和固体基底。传统的胶体基底，如金或者银溶胶，多数为球形颗粒。随着微纳交工的发展，如电子束光刻、x射线光刻和纳米压印经常被用于制备。因此开发一种灵敏度高、成本低、稳定性好、重复性好的SERS基底是非常有意义的。本发明主要是利用低成本自组装胶体球模板制备纳米柱阵列，并结合低成本电沉积集成纳米金颗粒。

专利201910345971.2公开了Au@ZnO纳米结构作为SERS基底，该专利在阳极氧化铝模板上使用电沉积在镍基制备纳米金颗粒，然后在金颗粒上生长ZnO纳米结构，该专利制备的SERS基底成本低但基底的重复性较差。专利201910718767.0公开了一种高灵敏的SERS基底，该专利使用湿法腐蚀制备纳米柱阵列并结合MOF进行表面修饰制备SERS基底，该方法制备出来的纳米柱阵列有序性较差，SERS基底的重复性不高。

发明内容

基于上述技术存在的问题，本发明旨在提供一种低成本制备的纳米锥针SERS基底，本发明提供的SERS基底具有周期性排列的纳米锥针结构，制备工艺简单，适合大规模生产，且灵敏度高、重复性强。

一种基于纳米锥针结构的SERS基底，为增强拉曼散射混合纳米结构，其包括基材，基材表面具有周期性排列的纳米锥针结构，纳米锥针结构包括由第一材料构成的第一层，设置在第一层上方且由第二材料构成的第二层，基材及纳米锥针结构表面包覆由第三材料构成的第三层，第三层上沉积的金属纳米颗粒，基材由第一材料构成。

所述第一材料为半导体、金属或合金，包括Si、GaAs、GaN等；所述的基材的厚度为280-450μm，纳米锥针结构第一层厚度为0.2-3μm。

所述第二材料为介质，可以是金属氧化物等，包括SiO₂、Si₃N₄等；纳米锥针结构第二层厚度为200-500nm。

所述第三材料为金属材料，包括Au、Ag、Cu等；纳米锥针结构第三层厚度为10-100nm。

所述的金属纳米颗粒是Au、Ag、Cu等纳米颗粒。

优选地，所述第一材料为硅，第二材料为氧化硅，第三材料为金，所述金属纳米颗粒为金纳米颗粒。