基于各项异性金属纳米微结构的高电磁场增强、高重现性表面增强超拉曼散射活性基底研究

As a result of the limitation of selection rule, some of the molecular vibration modes are infrared and Raman inactive, and the vibration information can not detected using infrared and Raman spectroscopy. Hyper-Raman scattering is not only the infrared and Raman active modes are active and to the infrared and Raman inactive modes are active, can more fully reflect the molecular vibration information. For hyper-Raman scattering technique, weak signal is the bottleneck of restricting its application. This project is design and prepare surface enhanced hyper-Raman scattering substrates based on special light field response of anisotropic metal nanostructures and structure polymer, and develop high enhancement factor, high reproducibility surface enhanced hyper-Raman scattering method. Prepare anisotropic metal nanostructures, realize an orderly structure and the resonance frequency regulation using assembly methods. To make it match the frequency of excitation and Raman scattering, and achieve the best enhancement effect, study the effects of the preparation conditions on the particle morphology, size, uniformity and surfactant, assemble method on orderly arrangement and resonance wavelength of particles. Research the interaction between anisotropic metal nanostructure and polymer under the effect of excitation light in two major areas: theoretical simulation and experimental research, reveals the physical mechanism of electromagnetic field enhancement. This research will provide theoretical and technical basis for SEHRS substrates in high sensitive spectroscopic applications.

由于选择定则的限制，一些分子的振动模是红外和拉曼非活性的，用红外和拉曼光谱无法探测这些振动信息。超拉曼散射不仅对红外和拉曼活性模是活性的，而且对红外和拉曼的非活性模也是活性的，能更全面地反映分子的振动信息。对于超拉曼散射技术，信号弱是制约其应用的瓶颈。本项目拟基于各向异性金属纳米结构和结构多聚体的特殊光场响应，设计和制备表面增强超拉曼散射衬底，发展具有高增强因子、高复现性的表面增强超拉曼散射方法。制备各向异性金属纳米结构，利用组装方法实现有序结构和共振频率调控。研究制备条件对颗粒形貌、尺寸、均匀性及表面活性剂、组装方法等条件对颗粒排列有序性和共振波长等的影响，使之与超拉曼散射的激发与散射频率相匹配，实现最佳增强效果。从理论模拟和实验方面研究在激发光作用下各向异性金属纳米结构和多聚体之间的相互作用，揭示其实现电磁场增强的物理机制。为表面增强超拉曼散射在高灵敏光谱探测的应用奠定理论和技术基础。

因为独特的选择定则，HRS可以提供线性拉曼光谱和红外光谱无法获得的光谱信息。然而，弱信号是制约HRS技术在分子结构、表面或界面行为研究中的应用的关键瓶颈。本项目从理论上设计和研究了一种由银纳米米粒子组成的等离子体衬底，用于基于电磁增强机制的增强HRS信号。提出了一种利用银纳米米三聚体作为SEHRS衬底实现最大信号增强的新策略。从实验上研究了纳米银装饰的反金字塔金结构的敏感SERS衬底，制备了非球形Ag-Co SERS基底，报告了用一锅合成法制备的银-四氧化三铁纳米复合物SERS活性基底。. 银纳米米可以激发光学和近红外频率下的多个共振。通过合理设计银纳米米的结构参数，当“热点”位于相同的空间位置，且共振波长分别与泵浦光和二阶斯托克斯光束匹配时，可以激发具有大电磁场增强的多等离子体共振子共振。借助于银纳米米的第一纵向和第二纵向等离子体共振产生的场增强，表面增强超拉曼散射的增强因子可达5.08×10^9。银纳米米三聚体可以激发光波频率下的法诺共振。电场强度最大的两种谐振分别对应于长纳米米的一阶谐振和Fano共振位置。通过对结构参数的合理设计，可使表面增强超拉曼散射因子高达到5.32×10^13。对于纳米银装饰的反金字塔金结构的敏感表面增强拉曼散射衬底，银/对巯基苯硫酚/微结构的拉曼活性比银/对巯基苯硫酚/金膜高，结果已被数值模拟验证。已制备的非球形Ag-Co SERS基底有很高的SERS活性和磁控性能，磁性Co粒子驱动非球形Ag纳米粒子聚合，形成局域场增强。结果说明磁场控制的基底能更自如的获得增强的和可控的SERS效应。研究在不同的外部磁场下了银-四氧化三铁纳米复合材料的光学活性。实验结果证明拉曼光谱的增强可以通过增加外磁场强度得到。在不同的外部磁场情况下，血红蛋白也被用来测试。由于其可调性和增强性，银-四氧化三铁纳米复合材料有望成为潜在的SERS基底，用于化学和生物学传感方面。.