探究表面增强拉曼散射中介电环境对信号的影响文献综述

一、选题背景和意义：

表面增强拉曼散射（SERS）是一项超灵敏的振动光谱分析技术，它有传统拉曼光谱的优势，同时也解决了传统拉曼光谱信号弱的缺点，SERS信号相较于传统拉曼光谱的信号可提高1000-1000000倍。SERS应用广泛，如：材料表证、分析科学以及生物医学等，因此获得越来越多的关注。因为SERS的性质强烈的依赖于SERS基底，所以探索和制造各式各样的SERS基底对于实际应用是非常重要的。

对于金属纳米颗粒而言，表面等离子共振使其具有独特的光学性质，而表面增强光谱正 是以表面等离子体共振为研究基础的，纳米技术和表面增强拉曼散射技术密不可分。随着纳米技术的发展，SERS技术也得到进一步的提高。模板法是制备纳米阵列最常用的方法，而模板法的典型代表是超薄氧化铝薄膜（AAO）。如果直接将纳米阵列蒸镀到基底上，不能实现单一变量。在本实验中，将纳米阵列转移到柔性的薄膜上，让薄膜转移到不同基底表面，在薄膜的同一位置测量SERS信号，探究不同介电环境对信号的影响，实现单一变量，使实验结果更可靠。

二、课题关键问题及难点：

关键问题：制备超薄氧化铝纳米模板，利⽤氧化铝模板多孔结构配合物理气相沉积制备金属等离基元纳米阵列，利用透明薄膜转移技术制备柔性可转移的纳米等离基元阵列，利用其可转移的特性探究表面增强拉曼散射在不同介电常数的基底上信号的变化。采用氧化铝模板法，通过控制制备氧化铝模板的电压与反应时间来获得超薄氧化铝模板孔径、厚度以及晶格间距，其后采用物理气相沉积的方法将银沉积在模板的多孔结构中形成银纳米颗粒阵列结构。

难点：（1）从氧化铝模板上剥离均匀完整的超薄膜，并将该薄膜完整的转移到基底上；（2）将金属纳米阵列转移至柔性透明薄膜上。

三、文献综述（或调研报告）：

1928年，拉曼效应被发现，这是一种光与物质的非弹性散射现象，它起源于分子振动和转动，不同种类的分子其振动和转动方式是独一无二的。因此，从拉曼光谱中得到分子振动和点阵转动能级结构的信息，能够用于科学研究和分析，例如：材料检查、艺术鉴定、生物分析等领域。但是，拉曼散射的信号极其微弱，它的光谱信号强度只有入射光的，且拉曼散射的截面仅有，这很大程度上限制了拉曼效应的发展和应用。

拉曼效应的进一步发展要从40多年前的一次偶然发现中开始。1974年，Fleischmann等人在一次实验中发现，在粗糙银电极表面上的单层吡啶分子具有高强度的拉曼光谱信号。然而，他们并没有意识到这一发现的重要意义，而将其归结于粗糙电极引起的表面积增加，使得吸附在表面上的吡啶分子数目增多导致的信号增强。直到1977年，Van Duyne团队和 Creighton 团队经过研究分析，独立的发现了吸附在粗糙银电极表面的单个吡啶分子的拉曼信号可以增强倍，这并不是由于吸附粒子数目增加引起的。于是，表面增强拉曼散射概念，即SERS，正式提出，该效应是指在经过特殊制备的金属基底或溶胶中的吸附分子，在光的激发下，其拉曼信号极大的增强的现象。表面增强拉曼散射效应继承了传统拉曼效应的优点，同时其超大的散射截面和散射强度使其拥有超高灵敏度，弥补了传统拉曼光谱灵敏度低的不足。它的发现有着非常重大的意义，拓宽了科学分析技术的道路，开启了一个新的研究领域，为表面分析等方面奠定了坚实的基础。

表面增强拉曼散射效应虽然在70年代已经被发现，但是该技术真正的发展要从90年代说起，它的发展得益于纳米技术、激光技术以及电感耦合探测技术的进步。90年代末，金银纳米颗粒聚集体表面上高达倍的信号增强的发现，是表面增强拉曼散射发展的里程碑。如此高强度的增强，引起了科研工作者们的兴趣和关注，无论是在理论上还是在实验上，表面增强拉曼散射效应都得到广泛深入的研究。于是，有关SERS技术方面的研究成果如雨后春笋般呈现给世人，单分子探测，各类介质基底的研究以及SERS技术的衍生物等，进一步推动了表面增强拉曼散射在实际中的应用。