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原文传递一种多共振纳米米形表面增强超拉曼散射衬底

专利名称：	一种多共振纳米米形表面增强超拉曼散射衬底
摘要：	本发明提出了一种多共振纳米米形表面增强超拉曼散射衬底，用以解决现有表面增强超拉曼散射衬底的纳米结构的制备成本高，实验条件要求苛刻，增强效果差的问题；包括至少一个长度和宽度不同、“米”形的纳米米金属结构。本发明在近红外和光频区域有两个强散射峰，分别对应于一阶共振和二阶共振，且两个不同频率处近场“热点”发生在相同的空间位置；电场增强效果可以通过调节纳米米结构参数获得进一步提高；一阶共振和二阶共振的波长范围可以通过结构参数调节，使拥有电场增强的两个主要等离子体共振可分别与超拉曼散射激发光束和二阶Stokes散射光束相匹配；且结构简单，具有大的电磁增强效应、稳定性和重现性好。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	河南;41
申请人：	河南工程学院
发明人：	朱双美;梁二军;董西广
专利状态：	有效
申请日期：	2018-03-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-09-27T00:00:00+0800
申请号：	CN201810229085.9
公开号：	CN110286113A
代理机构：	郑州优盾知识产权代理有限公司
代理人：	张真真;栗改
分类号：	G01N21/65(2006.01);G;G01;G01N;G01N21
申请人地址：	451191 河南省郑州市新郑市龙湖镇祥和路1号
主权项：	1.一种多共振纳米米形表面增强超拉曼散射衬底，其特征在于，包括至少一个长度和宽度不同、“米”形的纳米米金属结构。 2.根据权利要求1所述的多共振纳米米形表面增强超拉曼散射衬底，其特征在于，所述纳米米金属结构的长度大于宽度的2倍。 3.根据权利要求2所述的多共振纳米米形表面增强超拉曼散射衬底，其特征在于，所述纳米米金属结构的长度为360 nm～480 nm、宽度为60 nm～140 nm。 4.根据权利要求1所述的多共振纳米米形表面增强超拉曼散射衬底，其特征在于，所述纳米米金属结构中的金属为币族金属，币族金属为银。 5.根据权利要求1-4中任意一项所述的多共振纳米米形表面增强超拉曼散射衬底，其特征在于，所述纳米米金属结构采用多元醇还原法工艺制备，其制备方法为：取1 mL浓度为1 M的硝酸银水溶液和5 mL浓度为1 M的聚乙烯吡咯烷酮水溶液加入到100 mL的聚乙二醇600中混合反应；混合反应液用磁搅拌器搅拌均匀后，移入圆底烧瓶中，放入温度为100℃的水浴锅中搅拌加热；4小时后，银灰色的银胶生成；停止加热，反应停止，等反应液在空气中自然冷却至室温后，取出反应液。 6.根据权利要求1所述的多共振纳米米形表面增强超拉曼散射衬底，其特征在于，采用有限元频域计算方法，选用自适应的四面体网格计算纳米米金属结构的散射性能和电磁场增强效应：激发光入射方向与法向量n的夹角为入射角为θ，偏振方向沿x轴，纳米米金属结构的周围边界设置为完美匹配层，金属的介电性能为适合可见光至红外波段的德鲁得色散模型；散射截面为，其中，I0代表入射光强，Ssc是散射强度矢量，通过计算纳米米金属结构的散射截面得到散射光谱；利用电磁场仿真软件自带的二维场监视器、探针功能以及后处理模板功能计算纳米米金属结构对附近空间区域的场增强效果；且电场在空间位置的增强因子为\|E\|/\|E0\|，E0是入射电场的场强；超拉曼增强因子EF为：，其中\|E(ν)/E0(ν)\|4为入射光在吸附分子处的增强因子，\|E(νs)/E0(νs)\|2为二阶stokes散射光场的增强因子，ν为入射光频率，为散射光频率，\|g\|为探针分子位置的局域场增强。 7.根据权利要求3所述的多共振纳米米形表面增强超拉曼散射衬底，其特征在于，入射角θ=0°时，纳米米金属结构的散射光谱中有两个明显的纵向共振---一阶共振和三阶共振，入射角θ=45°时，纳米米的散射光谱中有三个明显的纵向共振---一阶共振、二阶共振和三阶共振，其中，二阶共振在一阶共振和三阶共振中间；对于4MBA分子的1590 cm-1的拉曼模式计算超拉曼增强因子，激发光波长为1210 nm，相应的斯托克斯散射波长约为670 nm；调节银纳米米结构的一阶共振位置与激发波长一致，二阶共振位置与二阶stokes散射光波一致，长度L=460 nm、宽度d=100 nm的银纳米米结构的一阶共振位置中心波长为1210 nm，二阶共振位置中心波长为670 nm；一阶共振和二阶共振都接近各自的近场光谱最大值。 8.根据权利要求4所述的多共振纳米米形表面增强超拉曼散射衬底，其特征在于，纳米米金属结构中金属为银时为银纳米米结构，银纳米米金属结构的共振波长位置随长度的变化关系为：平面波的入射角θ=45°激发下，宽度d=100 nm，长度L从180 nm增加到240 nm时，两个共振散射光谱位置都发生明显红移，而一阶共振位置红移更加明显，其中心波长可从980 nm调到1260 nm，二阶共振位置红移相对缓慢，其中心波长从560 nm调到690 nm；平面波θ=45°激发下，长度L=460 nm，宽度d从60 nm增加到140 nm时，两个共振散射光谱位置都发生明显蓝移，而一阶共振位置蓝移更加明显，其中心波长可从1360 nm调到1170 nm，二阶共振位置红移相对缓慢，其中心波长从780 nm调到640 nm。 9.根据权利要求4所述的多共振纳米米形表面增强超拉曼散射衬底，其特征在于，对长度L=460 nm、宽度d=100 nm的单个银纳米米结构在一阶共振和二阶共振被激发，单个银纳米米结构能够使电场局域在长轴的两端区域，即在长轴两端产生近场“热点”；在入射角θ=0°时，银纳米米金属结构在波长670 nm处没有共振，几乎没有近场“热点”，只有在1210 nm处有共振，其近场“热点”发生在纳米米结构长轴的两端，电场增强分别达到 2.81 倍和48.9倍以上，对应的超拉曼信号增强因子107～108；在θ=45°倾斜入射下，银纳米米金属结构在共振波长670 nm和1210 nm的近场“热点”空间分布几乎在相同的空间位置---纳米米结构长轴的两端，电场增强分别达到40.1倍和36.5倍以上，对应的超拉曼信号增强因子109～1010。 10.根据权利要求4所述的多共振纳米米形表面增强超拉曼散射衬底，其特征在于，对于长度L=460 nm、宽度d=100 nm的银纳米米结构，随着入射角θ的增加，多阶共振的中心波长所对应的相对强度增加，当θ增加到90°的时候，纵向共振完全被抑制；当入射角从0°增加到30°时，表面增强超拉曼散射增强因子快速增加，从~107增加到~1010；当入射角超过30°，一阶共振、二阶共振引起的纳米米长轴两端的近场“热点”强度相对减弱，导致了表面增强超拉曼散射因子的快速降低，从~1010减弱到~101。
所属类别：	发明专利