[发明专利]一种具有微观有序纳米结构SERS基底及制备方法

说明书

本发明涉及一种具有微观有序纳米结构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柱状微纳结构，柱状微纳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，基材及柱状微纳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对SiOsubgt;2/subgt;介质层及对SiOsubgt;2/subgt;和Si混合纳米结构进行刻蚀；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

本发明涉及一种具有微观有序纳米结构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(SERS)通过表面金属颗粒的表面等离子共振产生的电磁增强，这些电磁增强位置的分子的拉曼信号就会极大的增强。表面增强拉曼散射以其灵敏度高、特异性强、使用范围广、操作简单的等优势广泛应用于痕量检测、疾病诊断等领域。这就需要制备出灵敏度高、重复性强的SERS基底。

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，这种基底制备相对简单、成本较低，但是溶胶基底容易氧化、容易团聚，导致信号不均匀，重复性较差；溶胶基底容易沉淀，这就导致拉曼信号会降低。随着微纳加工的发展，如电子束光刻、x射线光刻和纳米压印经常被用于制备SERS固体基底，这种方法可以根据不同实验以及待测物的需求制备出不同结构的拉曼基底，并且可以大规模成产降低成本、且重复性高，但是这些传统的微纳加工手段成本较高，不利于SERS的发展及应用。

专利201910620837.9公开了在可拉伸高分子膜上诱导纳米金属颗粒自组装形成纳米金属链作为SERS基底，该专利制备的SERS基底虽然成本低，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。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。

发明内容

基于上述现有技术中存在的问题，本发明旨在提供一种低成本制备SERS基底及其制备方法，主要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。本发明提供的SERS基底具有周期性排列的微纳结构，制备工艺简单、适合大规模生产，且灵敏度高、重复性强。

一种具有微观有序纳米结构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柱状微纳结构，柱状微纳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，基材及柱状微纳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，柱状微纳结构第一层厚度为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；柱状微纳结构第二层厚度为200-500nm。

所述第三材料为金属材料，包括Au、Ag、Cu等；柱状微纳结构第三层厚度大小为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。