基于嵌段共聚物模板的银纳米阵列的调控制备和光学性能研究

摘要

银纳米阵列是一种高效SERS基底材料，在分子结构鉴别、化学传感与生物检测等方面有着重要的应用。置换法是一种可以在半导体材料表面快速简便制备贵金属纳米材料的方法，在集成电路生产、微纳结构制备方面有着重要应用。嵌段共聚物模板图案丰富，结构易于调控，是现今纳米组装技术的一个研究热点。将嵌段共聚物模板与置换法相结合，可在半导体表面制备复制模板图案的具有SERS活性的贵金属纳米结构阵列。
　　本文以嵌段共聚物PS-b-P4VP为模板，通过简单的界面可控置换法在硅片表面制备具有SERS活性的系列银纳米阵列结构，并以此为基础发展金银复合阵列;分析研究纳米阵列的生长机理及其结构变化对阵列光学性能的影响，并初步探索其阵列的实际SERS应用。本论文的研究工作主要包括:
　　1、调控制各形貌均匀的银纳米阵列并对生长机理、SERS性能进行研究。通过乙醇重构优化嵌段共聚物模板，获得了大面积均匀、形貌稳定可调控、具有高SERS活性的银纳米阵列，解决了置换法生长过程中银颗粒沉积不均的问题。对优化前后银颗粒生长机制进行了比较分析。采用两种不同波长的激发光，分别考察了三类常用的SERS敏感分子在系列银阵列表面的SERS活性和检测限，并计算得到均匀银阵列的SERS增强因子约为3.08×105。
　　2、在银纳米阵列制备基础上，采用多种方案制备金银复合纳米阵列并对形貌、组分和SERS性能进行研究。其中，采用银纳米阵列与氯金酸/氢氟酸混合溶液反应的方案得到的金银复合阵列形貌均匀稳定，组分比例可调，且SERS效应得到较好的增强和拓宽。所获得的金银复合纳米阵列相对于单一银纳米阵列，使用532nm激光激发时，对4-ATP、尼罗蓝两种敏感分子的SERS检测强度影响不大;而使用785nm激光激发时，对两种敏感分子的SERS强度有较大提升，其SERS增强因子提升了一个数量级，达到1.1×106。
　　3、使用金属纳米阵列对SERS检测的实际应用进行了初步探索。银阵列对尼罗蓝水溶液的检测结果的线性拟合率为0.97，具有作为定量检测基底的能力，并可对两种敏感分子的混合溶液进行检测和区分;使用金银复合阵列对肺癌标志物腺苷进行了无标记检测，检测限为10μ M。
　　本研究为贵金属纳米结构的调控制备及其光学性能调制提供了新的思路，为SERS研究中敏感分子和激发光源的选择提供了参考，为发展一种可用于定量检测和无标记检测的SERS基底奠定了基础。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 银纳米颗粒的光学性质

1．1．1 局域表面等离子体共振

1．1．2 表面增强拉曼效应

1．1．3 表面增强荧光效应

1．1．4 表面增强共振拉曼效应

1．2 固体表面银纳米结构的制备

1．2．1 物理方法

1．2．2 化学方法

1．2．3 置换法原理和应用

1．3 银纳米结构的有序图案化

1．3．1 自上而下法

1．3．2 自下而上法

1．4 基于嵌段共聚物模板的纳米组装技术

1．4．1 嵌段共聚物纳米图案化

1．4．2 纳米结构的嵌段共聚物模板法制备

1．5 本文主要内容

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂与实验仪器

2．2．2 实验方法

2．3 结果与讨论

2．3．1 基于原始模板的银纳米阵列制备

2．3．2 基于重构模板的银纳米阵列制备

2．3．3 银阵列的光学性能研究

2．4 本章小结

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂与实验仪器

3．2．2 实验方法

3．3 结果与讨论

3．3．1 金银混合溶液一步置换法

3．3．2 银阵列与氯金酸置换法

3．3．3 银阵列与AuBr2-溶液置换生长法

3．3．4 银阵列与氯金酸／氢氟酸溶液置换生长法

3．4 本章小结

第四章 银纳米阵列与金银复合阵列的SERS检测应用探索

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 实验试剂与实验仪器

4．2．2 实验方法

4．3 结果与讨论

4．3．1 银阵列对尼罗蓝的定量检测

4．3．2 银阵列对尼罗蓝／结晶紫混合物的检测

4．3．3 金银复合阵列对腺苷分子的检测

4．4 本章小结

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

攻读硕士期间论文发表情况

致谢