基于能量转换储存复合薄膜与金银纳米结构的双重拉曼信号增强基底研究

To rapidly detect environmental molecular information using easily obtained energy and novel devices is a primary task in the development of functional materials. Raman detection provides molecular information in a rapid and nondestructive way, and thus is receiving increasing attentions in on-site detections. This project proposes the concept of dual Raman signal enhancement substrate, which convert biological movement into stored energy that in turn enhance the Raman signals obtained from noble metal nanostructures. The substrate constitutes an energy conversion and storage unit made from composite graphene-polymer film and a plasmonicoscilation unit made from Au or Agmaterials. Both experimental and theoretical simulation methods will be used in designing and examining the working performance of the substrate and the substrate performance should be understood in relevant to the subunit performance. The appropriate of the project should boost the development of rapid and on site environmental molecular detection and provide scientific insight over the issue of energy conversion, storage, and applications.

利用易得的新型能源快速便捷地检测环境中的有关信息是新型功能材料研究的重要任务，需要对能量的获取、转换、利用方式及信号检测进行创新研究。而拉曼检测能够无损快速地提供分子信息，在现场快速检测中日益受到关注。本项目提出双重拉曼信号增强基底的新思路，将运动能量进行电能转换、储存和利用，并与贵金属等离子共振效应协同作用，增强拉曼信号的强度，为快速检测探索新的途径。项目拟利用石墨烯和压电薄膜复合材料作为能量转换与储存单元，在薄膜上组装金银贵金属纳米结构，制备复合拉曼基底。通过手指按压基底产生的形变转换成电能，增强金银贵金属纳米结构的等离子共振强度，从而增强拉曼信号。采用实验与理论模拟相结合的手段，分别调控发电储能薄膜与贵金属纳米结构的性能，优化基底的结构和信号增强能力，探索基底组分结构与整体性能的关系及机理。本项目研究能源转化功能材料增强拉曼光谱的创新途径，可望促进快速灵敏检测材料领域的发展。

利用易得的新型能源快速便捷地检测环境中的有关信息是新型功能复合材料研究的重要任务，需要对能量的获取、转换、利用方式及信号检测进行创新研究。而拉曼检测能够无损快速地提供分子信息，在现场快速检测中日益受到关注。项目依据利用电场和贵金属纳米结构双重增强拉曼信号的思路，制备了PVDF-HFP基复合材料，通过调节填料含量、薄膜的厚度、极化过程、叠放方式等参数，得到发电电压高、储电时间长的发电储能薄膜，同时通过随机生长纳米簇、纳米颗粒自组装构建了花状纳米银/PEI-rGO/PVDF-HFP、Au@Ag/PEI-rGO/PVDF-HFP、多孔Ag/PEI/PVDF-HFP等功能基底，通过将所制双重拉曼信号增强基底应用于染料分子、农药分子等方面的SERS检测，提出所制功能基底可以双重增强拉曼信号强度，且性能稳定、取样方式便捷，通过实验与FDT、DFT等理论计算的对照分析阐释了双重信号增强的机理，为双重信号增强基底的结构设计奠定了基础。项目在研期间，共发表相关的国际SCI论文15篇、授权发明专利4项，对于SERS快速灵敏检测材料领域的发展具有促进作用。