基于形貌可控金纳米岛随机阵列的表面增强拉曼散射光谱学调谐特性研究

Surface enhanced Raman scattering (SERS) spectroscopy has shown its potential applications in the fields of food-security controlling and biomedical diagnostics due to its high-efficiency and onsite-operation features. However, the controllable design of the SERS substrates still involves a series of challenging scientific problems. In this project, tunable fabrication of nano-island arrays in large scale will be realized by altering the preparing process and the substrate materials. The tunability in the surface-enhanced localized field and in the SERS spectroscopic response with changing the morphology of the substrates will be investigated. The relationship between the micro-structural properties, the near field optical characteristics, and the SERS performances of the substrates will be established. The SERS technique will be used in quantitative detection of flavacin in food. This will provide maneuverable theoretical and experimental reference for realizing a "tape" like SERS detecting technology.

表面增强拉曼散射（SERS）光谱技术在食品安全、疾病早期诊断中以其快速、可现场实施等优势特点表现出良好的应用前景。作为该检测技术核心的SERS基底的优化设计涉及系列挑战性科学问题。本课题将通过改变制备工艺过程或采用柔性衬底等途径，实现大面积金纳米岛阵列形貌的调控。研究其局域场增强效应和表面增强拉曼光谱学响应随结构参数的调谐特性。建立显微结构图像、近场光物理学特性、拉曼光谱学响应特性之间的联系。并将其应用于食品中黄曲霉素的定量检测研究，为实现"试纸"性SERS检测技术提供可操作性物理学基础和实验设计手段。

表面增强拉曼散射（SERS）光谱技术是一种高灵敏度的检测技术，已在社会发展的多个领域显示出潜在的应用前景。由于SERS基底的特殊结构，增强基底的制备技术在可重复性、大面积、低成本等方面存在一定缺陷。本项目利用溶液法结合退火工艺组装金属纳米团簇，获得了大面积、低成本、均匀性高的表面增强拉曼散射（SERS）基底。光谱学研究表明：该结构的表面增强拉曼散射宏观增强因子高达107；增强“热点”均匀性高，二维拉曼信号强度分布的相对标准差低于5.4%。本项目从理论与实验上系统的研究了退火机制、纳米团簇浓度、溶剂效应等因素对该类SERS基底形貌的影响规律，并将基底形貌与SERS性能建立联系，为高质量SERS基底的可控制备奠定基础。Ag/Au合金纳米团簇的成功合成，将这种SERS基底制备技术进一步拓展到合金材料领域。利用激光干涉灼蚀低沸点的金属纳米团簇薄膜，在柔性基底上成功制备出周期相同、阴阳相对的互补性金属光子晶体结构，其独特的光学特性有望应用于新型传感器的研制。利用银纳米线等离子共振表面增强特性，研究开发的超薄、柔性、可调谐三维等离子共振反馈随机激光器，为深入研究随机激光器的物理机制奠定基础。. 本项目的研究工作已在SCI收录期刊发表论文4篇，接收一篇，其中包括：2篇Nanoscale 篇，影响因子7.760，1篇Optics Express，影响因子3.148，申请并授权发明专利1项。