CN105158228A - 基于勃姆石纳米薄膜的sers基底及制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于勃姆石纳米薄膜的SERS基底及制备方法，该方法采用水浴法在铝基底上生长一层勃姆石纳米薄膜，在勃姆石纳米薄膜上镀一层金属膜。本发明通过在高纯铝基底上通过简单的水浴法即可获得形貌可控、高可重复性、热点均匀、性质稳定、可大面积生长，且灵敏度极高的SERS活性基底。其制备工艺简便，效率高、成本低、适宜大批量，为SERS基底制备与应用的科学研究提供了一种有效的批量化制备新途径。

Description

基于勃姆石纳米薄膜的SERS基底及制备方法

技术领域

本发明属于表面纳米材料技术领域，涉及SERS基底，具体涉及基于勃姆石纳米薄膜的SERS基底及制备方法。

背景技术

表面增强拉曼散射(SurfaceenhancedRamanScattering，SERS)主要是纳米尺度的粗糙表面或颗粒体系所具有的异常光学增强现象，经过数十载便已发展成为一种可达单分子检测水平、适用于低浓度检测的超灵敏光谱技术，在生物学、诊断学、医学、材料科学、环境科学及分析科学中具有巨大的应用潜力。由于分子所吸附的基底表面形态是SERS效应能否发生和SERS信号强弱的重要影响因素，所以分子的承载基体是很关键的，因而SERS活性基底的研究一直是该领域的研究热点之一。吸附分子的基底表面形态是SERS效应能否发生和SERS信号强弱的重要影响因素，通过制备表面具有特殊纳米结构同时形貌可控的基底，对于进一步研究SERS的发生机理有着重要的意义。

常用制备SERS基底的方法主要有以下几种：金属电极活性基底、金属溶胶活性基底、金属岛膜活性基底、化学刻蚀及化学沉积活性基底、双金属纳米粒子活性基底、富含节点的网络状结构基底、平板印刷机有序组装活性基底。然而由于以上方法制备出的基底表面形貌难以控制，工序复杂、成本高昂、制得的基底面积小，不适于大批量的生产且不利于重复使用等缺点。

发明内容

基于现有技术中存在的问题，本发明提供一种基于勃姆石纳米薄膜的SERS基底及制备方法，解决现有技术中SERS检测灵敏度低，检测极限浓度高的技术问题。

为了解决上述技术问题，本申请采用如下技术方案予以实现：

一种基于勃姆石纳米薄膜的SERS基底，包括铝基底，在铝基底上设置一层勃姆石纳米薄膜，在勃姆石纳米薄膜上设置一层金属膜。

一种如上所述的SERS基底的制备方法，该方法以铝为基底，采用水浴法在铝基底上生长一层勃姆石纳米薄膜，在勃姆石纳米薄膜上镀一层金属膜。

本发明还具有如下区别技术特征：

所述的铝为高纯铝，通常把纯度(铝含量)不小于99.8％的纯铝叫做高纯铝(highpurityaluminium).它是以优质精铝为原料，采用定向凝固提炼法生产的。

所述的水浴法的温度为60～100℃，水浴时间不小于1h。

所述的水浴法的溶剂为去离子水或自来水。

所述的金属膜为金膜、银膜或铜膜，或其他可以用在SERS测试中的金属。

所述的金属膜的厚度为10～30nm。

本发明与现有技术相比，有益的技术效果是：

(Ⅰ)温度：在样品制备过程中水浴温度为常温60℃～100℃，不需要进行特殊的高温处理。

(Ⅱ)生长过程中，反应溶剂为水，方便易得，成本低。

(Ⅲ)镀金属膜前耐高温：本发明提供的超亲水材料，在600℃退火2小时后，样品形貌依然存在。克服了聚合物材料受高温易变形的缺点。

(Ⅳ)无毒环保：在制备过程中，不产生有毒与污染环境的物质。

(Ⅴ)本发明通过在高纯铝基底上通过简单的水浴法即可获得形貌可控、高可重复性、热点均匀、性质稳定、可大面积生长，且灵敏度极高的SERS活性基底。其制备工艺简便，效率高、成本低、适宜大批量，为SERS基底制备与应用的科学研究提供了一种有效的批量化制备新途径。

附图说明

图1是本发明提出的60℃去离子水水浴1h的铝表面纳米结构SEM图。

图2是本发明提出的60℃去离子水水浴2h的铝表面纳米结构SEM图。

图3是本发明提出的60℃去离子水水浴3h的铝表面纳米结构SEM图。

图4是本发明提出的80℃去离子水水浴1h的铝表面纳米结构SEM图。

图5是本发明提出的80℃去离子水水浴2h的铝表面纳米结构SEM图。

图6是本发明提出的80℃去离子水水浴3h的铝表面纳米结构SEM图。

图7是本发明提出的100℃去离子水水浴1h的铝表面纳米结构SEM图。

图8是本发明提出的100℃去离子水水浴2h的铝表面纳米结构SEM图。

图9是本发明提出的100℃去离子水水浴3h的铝表面纳米结构SEM图。

图10是本发明提出的60℃自来水水浴1h的铝表面纳米结构SEM图。

图11是本发明提出的60℃自来水水浴2h的铝表面纳米结构SEM图。

图12是本发明提出的60℃自来水水浴3h的铝表面纳米结构SEM图。

图13是本发明提出的80℃自来水水浴1h的铝表面纳米结构SEM图。

图14是本发明提出的80℃自来水水浴2h的铝表面纳米结构SEM图。

图15是本发明提出的80℃自来水水浴3h的铝表面纳米结构SEM图。

图16是本发明提出的100℃自来水水浴1h的铝表面纳米结构SEM图。

图17是本发明提出的100℃自来水水浴2h的铝表面纳米结构SEM图。

图18是本发明提出的100℃自来水水浴3h的铝表面纳米结构SEM图。

图19为实例1中的AlOOH纳米薄膜材料成分的EDAX图谱。

图20为实例1中的AlOOH纳米薄膜材料表面XRD图。

图21为实施例1中Au-AlOOH-Al复合SERS基底的结构示意图。

图22为以10^-5MR6G为探针分子，以在80℃去离子水水浴分别1h、2h、3h，镀金厚度为20nm条件下制得的Au-AlOOH-Al为SERS活性基底，所测得的SERS谱图。

图23为以10^-5MR6G为探针分子，以在80℃自来水水浴分别1h、2h、3h，镀金厚度为20nm条件下制得的Au-AlOOH-Al为SERS活性基底，所测得的SERS谱图。

以下结合附图和实施例对本发明的具体内容作进一步详细地说明。

具体实施方式

使用水浴制备勃姆石(AlOOH)的纳米薄膜方法简便、成本低廉、工艺重复性高，且可以大面积生长的纳米材料，结合表面贵金属覆镀技术可以作为高灵敏性、热点均匀的SERS活性基底。

遵从上述技术方案，以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。下面结合实施例对本发明做进一步详细说明。

实施例：

本实施例给出一种基于勃姆石纳米薄膜的SERS基底的制备方法，包括以下步骤：

步骤1：高纯抛光铝清洗；

子步骤1：对步骤一：使用丙酮超声15min，去离子水冲洗；

子步骤2：使用酒精超声10min，去离子水冲洗；

子步骤3：去离子水超声10min，最后用去离子水冲洗；

步骤2：使用水为反应溶剂，采用水浴法，对高纯度(99.999％)的金属铝薄膜，在水浴温度为60℃～100℃条件下，持续水浴时间>1h；

步骤3：烘干，去离子水冲洗多次，80℃烘干。

步骤4：在基于高纯铝基底的勃姆石纳米薄膜上镀一层20nm厚度的金。

金属镀层根据具体需要还可以镀一层10nm或30nm厚度的金，也可以根据需要将金更换为银或铜。

得到的Au-AlOOH-Al复合SERS基底，结构示意图如图21所示，SEM图如图1～18所示，使用不同的水浴温度及水浴时间可直接控制生长出勃姆石的形貌。AlOOH纳米薄膜层的厚度范围在100nm～200nm，为花状，单个花瓣的厚度范围在15～30nm。

如图19和20所示，图中XRD特征峰位置为：38.30°、46.65°、65.04°、78.20°，经使用XRD专用分析软件Jade分析可知，该物质为勃姆石(AlOOH)。

如图22所示，原本直接测量超低浓度R6G没有拉曼信号或信号微弱，在80℃去离子水水浴、镀金20nm条件下制得的Au-AlOOH-Al基底上却得到明显增强的SERS信号，且其中水浴2h时的增强效果最好。

如图23所示，在80℃自来水水浴、镀金20nm条件下制得的Au-AlOOH-Al基底上测得的低浓度R6G的SERS谱中，特征峰更平滑尖锐，说明增强效果优于80℃去离子水水浴制得的基底，且其中水浴1h和2h时制得的基底SERS性能更好。

Claims (10)

1.一种基于勃姆石纳米薄膜的SERS基底，其特征在于：包括铝基底，在铝基底上设置一层勃姆石纳米薄膜，在勃姆石纳米薄膜上设置一层金属膜。

2.如权利要求1所述的SERS基底，其特征在于：所述的金属膜为金膜、银膜或铜膜。

3.如权利要求1所述的SERS基底，其特征在于：所述的金属膜的厚度为10～30nm。

4.如权利要求1所述的SERS基底，其特征在于：所述的铝为高纯铝。

5.一种如权利要求1所述的SERS基底的制备方法，其特征在于：该方法以铝为基底，采用水浴法在铝基底上生长一层勃姆石纳米薄膜，在勃姆石纳米薄膜上镀一层金属膜。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的水浴法的温度为60～100℃，水浴时间不小于1h。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的水浴法的溶剂为去离子水或自来水。

8.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的金属膜为金膜、银膜或铜膜。

9.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的金属膜的厚度为10～30nm。

10.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于：所述的铝为高纯铝。