合肥研究院微/纳结构阵列构筑及其SERS应用研究获进展
近期，中国科学院合肥物质科学研究院固体物理研究所微/纳技术与器件研究室研究员李越带领的研究小组，在物理方法辅助胶体晶体模板构筑微/纳阵列及其SERS增强特性方面取得新进展。相关研究成果已发表在国际期刊上(Small, 2015, 11, 844-853；Advanced Materials Interfaces, 2015, 2, 1500031)。
二维胶体晶体模板策略是合成微/纳结构阵列的有效方法，通过溶液浸渍-胶体模板合成方法，控制前驱液的添加方式及后期处理过程，可成功制备多种形貌可控的周期性微/纳结构阵列。然而，采用化学方法获得的微/纳结构阵列，很难得到大面积形貌均一的样品，如果作为SERS活性衬底使用，则会导致SERS探测信号不均一性，即在不同区域获得的信号强度波动范围较大，会限制其在实际中的应用。为此，研究人员在化学方法制备有序阵列的基础上，进一步采用磁控溅射方法，在原有的结构阵列上进行物理沉积，成功获得了新型形貌可控的周期性分级微/纳结构阵列。相对于化学方法获得的有序阵列，该分级微/纳结构阵列作为SERS衬底，其SERS信号均一性得到显著改善；通过进一步优化有序阵列的结构参数，获得了10-11 M（R6G）的探测极限。这些SERS基底可作为便携式Raman检测仪器重要部分，对有机分子的快速探测具有实际应用价值(Small, 2015, 11, 844-853)。
在此基础上，该研究小组进一步发展了一种简便、廉价的方法，即单层胶体晶体模板-诱导前驱液填充以及后续溅射沉积，制备颗粒间隙可调的周期性球状纳米颗粒结构阵列。相比于溅射沉积前的有序网络状结构阵列，该阵列表现出良好的SERS均一性能和灵敏度。由于受到电磁耦合作用影响，颗粒间隙为10 nm的结构阵列表现出更高的SERS增强效应。经过化学改性后，该结构阵列表面具有良好的疏水性能，如图1所示，以此作为SERS活性基底，可使水溶性探测分子溶液在其表面快速蒸发，引起探测分子局域浓缩，大大缩短了有机分子的检测过程。能够在短时间内、使用少量检测溶液的情况下，实现待检测分子的快速检测。疏水性SERS基底的构筑有力解决了微体积、超低浓度的有机溶液难以用SERS检测的难题(Advanced Materials Interfaces, 2015, 2, 1500031)。
上述研究得到了国家自然科学基金，中科院科技创新“交叉与合作团队”等项目的资助。
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