Surface-enhanced Raman scattering on dual-layer metallic grating structures

Dual-layer Metallic grating (DMG) structures as surface-enhanced Raman scattering (SERS) substrates are studied using ben-zenethiol as the probe analyte. The DMG structure consists of a SiO₂ grating and 100-nm-thick gold coating layers. An enhancement factor of 10⁵ is achieved by optimizing the SiO₂ grating height within the range from 165 to 550 nm. The enhancement factor dependence on the SiO₂ grating height is due to the surface plasmon excitation, which is dependent on the polarization of the incident light, and confirmed by finite difference time domain simulations. This study demonstrates the advantages of high uniformity, reproducibility and sensitivity in the DMG structures for SERS applications.     

SERS mechanism of nickel electrode

Based on the theoretical model for the twodimensional arrays, the dependence of the surface-enhanced Raman scattering (SERS) effect of nickel electrode, especially the ordered two-dimensional nanowires, on the incident photon energy in the range of 0.6–4.0 eV are analyzed, and most of the works are focused on the effect of the shape of nano-particles. The theoretical analysis shows that nickel can exhibit weak surface-enhanced Raman scattering effect when the surface is roughened properly, and the enhancement factor is about 10²–10⁴. Compared to the typical highly SERS-active Ag substrate, the SERS of nickel does not show the character of surface plasma resonance of the metal. The calculated result shows that the lightning-rod effect contributes the most to the SERS of Ni nanowires in the EM mechanism. The theoretical prediction is in good agreement with the experimental result qualitatively and may be instructive to finding a new method to fabricate the SERS-active transition-metal substrate.     

局域表面等离子体研究进展

阐述了局域表面等离子体特性,金属纳米粒子的常用制备方法,以及不同形状、尺寸等因素对局域表面等离子体光谱和灵敏度的影响,分析了表面增强拉曼散射的增强因子与金属纳米粒子的等离子共振波长和拉曼激发波长之间的关系,介绍了局域表面等离子体在生物传感方面的应用.     

模板法制备银纳米点阵活性基底及其用于葡萄糖的高灵敏检测

介绍了基于超薄氧化铝模板(ultra-thin alumina mask, UTAM)制备的金属银纳米点阵表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering, SERS)活性基底用于葡萄糖的高灵敏检测方法. 以UTAM为模板, 采用真空镀膜制备了大面积高度有序的银纳米点阵活性基底. 该基底的表面经过预处理, 吸附了一层癸硫醇/巯基己醇自组装分子层, 可用于检测葡萄糖. 研究结果表明, 该基底使葡萄糖分子的表面拉曼增强信号得到极大增强, 且增强信号均一稳定、检测灵敏, 特征峰的强度相对标准偏差小于10%. 该制备方法具有易操作、成本低的特点.     

2×2熔锥光纤表面增强拉曼散射实验

基于光纤渐逝波原理,结合表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)技术,实验研究一种银溶胶涂覆的2×2熔锥光纤的SERS特性.熔锥光纤由一对单模光纤经过熔融拉制而成,固化在其表面的银溶胶为表面活性基底,起拉曼增强作用.随着锥区长度的增加,纤芯逐渐减小,其对光的束缚能力变弱,从而透射出较强的可作为拉曼激发光源的渐逝波.实验中,以R6G为待测溶液,在耦合锥区探测到低浓度目标分子R6G的拉曼光谱,其最低检测浓度达到了10-8 mol/L。     

The adsorption of 2,5-dimer-capto-1,3,4-thiadiazole (DMTD) on copper surface and its binding behavior

The interaction mechanism of 2,5-dimercapto- 1,3,4-thiadiazole (DMTD) on copper surface was studied by surface-enhanced Raman scattering (SERS), infrared (IR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) techniques. The SERS spectra were obtained. We found that DMTD bound with the copper via its two-excocyclic mercapto groups. The monosulphide salt was formed. At the same time, DMTD coordinated with the Cu⁺ ion through the excocyclic mercapto groups and polymerized via the Cu⁺ ion into a one- dimensional polymer chain on the copper surface.     

高拉曼增强银纳米帽阵列活性基底的模板法制备及其性能

介绍了一种大面积高度有序、结构可控、信号增强显著、信号均一稳定、制备简单的拉曼增强活性基底的制备方法. 以超薄氧化铝(ultra-thin alumina mask, UTAM) 作为模板,通过热蒸发在UTAM 表面沉积一定厚度的银薄膜, 将银薄膜翻转制得大面积结构有序、参数可调的银纳米帽阵列. 采用罗丹明6G (Rhodamine 6G, R6G)为探针分子测试不同模板参数下制备的基底的拉曼活性. 结果表明: 该结构作为表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering, SERS) 衬底, 拉曼增强效果非常显著, 拉曼增强因子最高可达10⁹, 约是相同厚度的银薄膜SERS 强度的16.4 倍, 而且信号均一稳定, 基底参数对表面拉曼增强效果可调控. 该制备方法操作简单, 成本低, 易于批量生产, 不同批次间可重复性高, 可用于化学物质和生物分子的痕量分析.     

从废旧DVD光盘到电化学方法可控的SERS基底

表面增强拉曼散射（SERS）光谱是一种高灵敏的检测技术，但制备高活性和低成本的SERS基底仍然是一大挑战.采用低成本的商业数字视频光盘（DVD）作为载体，用电化学技术原位合成金-银（Ag-Au）复合纳米结构作为SERS基底.通过电化学粗糙化技术，无需添加硝酸银（AgNO₃）和四氯金酸（HAuCl₄）前驱体溶液，就可以在DVD光盘上的沟槽状金银反射层表面上得到Ag-Au轨道团簇形态.经过一系列表征和优化，研究了Ag-Au复合纳米结构的SERS性能.结果表明：这种DVD衍生的SERS基底对不同的拉曼探针分子均表现出优异的增强性能、高均匀性（相对标准偏差（RSD）为7.88％）和出色的稳定性.这种简便高效的制备方法以及较高的SERS活性，使得DVD衍生的SERS基底成为开发便捷和一次性传感平台的较佳选择.     

基于石墨烯复合薄膜的等离激元传感研究进展

 做为由单层碳原子紧密堆积而成的六边形蜂窝状二维晶体,石墨烯具有高载流子迁移率、良好的生物兼容性和优异的化学稳定性。本文简要综述了石墨烯-金属纳米粒子复合薄膜在表面增强拉曼散射研究进展,以及石墨烯等离激元的激发方式和传感性能。在可见光波段,石墨烯和金属纳米粒子之间的耦合使复合薄膜具有强的光学吸收和局域电场增强,从而使复合薄膜可以作为高灵敏的表面增强拉曼基底。在中红外波段,除可以利用石墨烯微纳结构激发等离激元,还可以对介电基底进行微纳加工利用波导模式激发,使得石墨烯等离激元可能用于折射率传感。讨论了石墨烯基复合薄膜研究过程中面临的机遇和挑战,展望了其在表面增强拉曼和传感方面的应用前景。     

有序金纳米阵列的可控制备及其表面增强拉曼光谱

介绍了一种大面积规则有序、结构可控、灵敏度高、稳定性良好、制备方法简单且易操作的表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering, SERS) 活性基底. 以阳极氧化铝(anodic aluminum oxide, AAO) 模板一次氧化后形成的有序凹坑阵列为模板, 采用真空镀膜技术, 制备了有序的金纳米帽阵列SERS 活性基底, 并以罗丹明6G (Rhodamine 6G , R6G) 为探针分子, 测试和分析了该SERS 活性基底的表面增强拉曼光谱的特性. 结果表明, 这种SERS 活性基底对罗丹明6G 的拉曼散射信号可达到10⁷, 具有较好的增强作用. 该纳米帽阵列结构在1 363 cm⁻¹处的增强效果是相同厚度的普通金膜的7 倍, 且稳定性良好, 并且在放置6 个月之后, 其增强效果基本不变, 可用于化学物质和生物分子的痕量分析.     

纳米半球壳结构光学调谐特性分析

利用离散偶极近似法,理论研究了颗粒几何结构参数和物理特性对金纳米半球壳颗粒消光特性的影响.结果表明,随着壳层厚度的增大,消光共振波长先发生蓝移而后再红移,共振波长转向时对应的壳层厚度随内核材料及外界环境介电常数和颗粒间距的增大而增大.利用等离激元杂化理论和相位延迟效应对该现象进行了解释.     

丝网印刷法制备纸质SERS基底及其性能研究

以绘画纸、白卡纸和坐标纸为衬底,采用丝网印刷银油墨,制备了高效的表面增强拉曼散射(SERS)基底,结果表明:银薄膜/绘画纸的SERS活性最佳,其次是银薄膜/白卡纸和银薄膜/坐标纸,对结晶紫的最低检测限分别为10-8,10-7和10~(-7)mol·L~(-1).此外,在同一银薄膜/绘画纸表面随机选取10个不同位置,在特征峰913,1 179和1 620 cm~(-1)处,强度的相对标准偏差值分别为13.2%,12.5%和10.6%,增强因子达到2.87×105,表明该基底具有较好的均匀性.     

金属纳米颗粒／微纳结构金属膜增强拉曼研究进展

被称为“指纹谱”的分子拉曼谱及拉曼散射成像在生物及化学单分子识别领域具有重要应用。问题的关键是分子的拉曼散射截面小,利用金属纳米颗粒（LSP）局域场增强特性及其与金属膜（SPP）相互作用可产生比 LSP （ SPP）更强的局域场及尖角结构金属纳米颗粒的“热点天线”效应,可实现单分子拉曼信号的激发与辐射双共振增强效应。本文综述有关金属纳米颗粒和微纳结构金属膜相耦合增强分子拉曼信号的研究进展。     

Solving surface plasmon resonances and near field in metallic nanostructures: Green’s matrix method and its applications

With the development of nanotechnology, many new optical phenomena in nanoscale have been demonstrated. Through the coupling of optical waves and collective oscillations of free electrons in metallic nanostructures, surface plasmon polaritons can be excited accompanying a strong near field enhancement that decays in a subwavelength scale, which have potential applications in the surface-enhanced Raman scattering, biosensor, optical communication, solar cells, and nonlinear optical frequency mixing. In the present article, we review the Green’s matrix method for solving the surface plasmon resonances and near field in arbitrarily shaped nanostructures and in binary metallic nanostructures. Using this method, we design the plasmonic nanostructures whose resonances are tunable from the visible to near-infrared, study the interplay of plasmon resonances, and propose a new way to control plasmonic resonances in binary metallic nanostructures.     

距离调控纳米多孔金表面增强荧光特性

通过调控纳米多孔金(NPG)基底与荧光分子之间的距离,系统研究了其表面增强荧光特性.利用物理气相沉积方法在NPG表面沉积二氧化硅薄膜,通过调整二氧化硅的厚度来控制NPG与荧光分子之间的距离,系统研究了NPG孔径尺寸以及与荧光分子之间距离对其表面增强荧光(SEF)特性的影响.由于多孔金具有纳米级多孔结构,其表面等离子体能够通过分子附近局域电场的增强使分子的激发光场得到增强,从而提高分子的激发强度和效率;当荧光分子与多孔金表面存在一定距离时,通过与光子之间的共振耦合作用,表面等离子体能够增强多孔金周围电磁场,实现荧光增强.通过研究发现,NPG孔径为36nm、表面二氧化硅厚度为20nm时,表面组装的罗丹明6G荧光分子的荧光强度得到最大增强.     

基于反应体系的表面增强拉曼光谱快速检测乙基麦芽酚

以铁离子(Fe~(3+))为媒介,鞣酸还原氯金酸制备的金纳米粒子(Au NPs)作为表面增强拉曼散射(SERS)基底,实现比色-散射光谱双响应,快速鉴别食品中的乙基麦芽酚.其中比色法中,对乙基麦芽酚的检测限为0.50 mg·mL~(-1).SERS检测中,利用Fe~(3+)和乙基麦芽酚的络合作用,乙基麦芽酚的最低检测限降低到0.01 mg·mL~(-1),线性范围为0.05～1.00 mg·mL~(-1).该方法使用的仪器简单,操作方便,可对样品中的乙基麦芽酚进行现场直接测定.     

金属纳米颗粒增强太阳能电池光吸收效应研究

采用Mie理论,对球形纳米金属颗粒进行数值计算,研究了金属纳米颗粒在发生表面等离激元共振时表现出的散射效应.改变金属材料类型或者颗粒尺寸大小,金属纳米球的散射效率均发生不同程度的变化.这一现象表明:金属纳米颗粒的散射效应受材料类型和尺寸大小的影响显著.计算结果表明,半径为100nm的Ag纳米颗粒在发生表面等离激元共振时,散射效率最高,吸收效应最弱.     

电化学沉积Rh制备紫外拉曼活性基底

Rh在紫外激发区间有着较强的表面增加拉曼散射(SERS).用循环伏安法研究了RhCl3溶液中Rh3 在Au电极上的电化学还原行为,用恒电位阶跃法在Au基底上制备了Rh沉积层,并用场发射扫描电子显微镜、能谱及电化学方法对得到的沉积层进行了表征.结果表明,在所选择的电位下用电沉积方法能够在金表面得到均匀的Rh沉积层,该沉积层保持了金属Rh原有的电化学特性.采用电化学方法通过先粗糙Au电极再沉积Rh的策略,可以制备粗糙的Rh表面作为紫外SERS基底.拉曼光谱实验表明,以吡啶为探针分子,该基底具有很好紫外SERS活性.     

鲜枣中糖精的快速、无标签检测

糖精是食品工业中最古老的人造甜味剂之一,因为没有卡路里而被广泛使用,但其滥用是非法的,食品中最大允许添加量为8.189×10^-4mol·L^-1.介绍了以六磷酸肌醇（IP₆）为保护剂合成的银（Ag）纳米粒子（Ag NPs）,即Ag NPs@IP₆,并提出了一种基于表面增强拉曼散射（SERS）的快速方法.探讨了食品中糖精的测定,用最佳SERS法测定水中糖精的最低可检测浓度可达50 nmol·L^-1,符合食品添加剂耐受性水平的国家食品安全标准.提出了基于便携式拉曼的AgNPs@IP₆的SERS方法,可用于现场检测食品中的糖精,如新鲜枣果.     

ZnO microsheet modified TiO<Subscript>2</Subscript> nanoparticle composite films for dye-sensitized solar cells

Randomly oriented ZnO microsheets were successfully self-assembled on TiO₂ nanoparticle (TN) film to act as the scattering layer via a cathodic electrodeposition process. The light scattering properties of ZnO microsheets were studied by UV-Vis spectrometer in the 400–800 nm wavelength range. It was found that ZnO microsheets exhibited excellent ability to scatter the incident light for ZnO microsheet-TiO₂ nanoparticle (ZT) composite films. The results showed that dye-sensitized solar cells (DSSCs) fabricated with ZT composite films showed higher short-circuit density (J_sc) and conversion efficiency than TN-based DSSCs, due to the light scattering properties of ZnO microsheets.