CN110441283A - 一种新型的碲化镓基表面增强拉曼基底及其制备方法 - Google Patents

一种新型的碲化镓基表面增强拉曼基底及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110441283A
CN110441283A CN201910662363.4A CN201910662363A CN110441283A CN 110441283 A CN110441283 A CN 110441283A CN 201910662363 A CN201910662363 A CN 201910662363A CN 110441283 A CN110441283 A CN 110441283A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layers
gate
layer
preparation
dimensional thinlayer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201910662363.4A
Other languages
English (en)
Inventor
吴惠桢
鲁鹏棋
王垚
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN201910662363.4A priority Critical patent/CN110441283A/zh
Publication of CN110441283A publication Critical patent/CN110441283A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y20/00—Nanooptics, e.g. quantum optics or photonic crystals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y40/00—Manufacture or treatment of nanostructures
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/65—Raman scattering
    • G01N21/658—Raman scattering enhancement Raman, e.g. surface plasmons

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

本发明公开了一种新型的碲化镓基表面增强拉曼基底及其制备方法，基底结构从下至上依次为Au层，二维薄层GaTe层和Au纳米颗粒层，二维薄层GaTe层与Au层形成的异质结构，制备方法为在SiO2/Si基底层上，通过热蒸发的方法生长Ti层和Au层，利用机械剥离的方法制备二维薄层GaTe层，并利用转移平台转移到Au层上，最后将基底浸没在HAuCl4溶液中制备Au纳米颗粒层。本发明得益于GaTe材料较高的缺陷密度，在二维薄层GaTe层上自组装形成的金纳米颗粒覆盖率能达到98％，因此能在金颗粒之间产生极强的局域表面等离激元。同时在二维薄层GaTe层下方的金层在光照下也能产生表面等离激元，增强了金纳米颗粒之间的电磁场强度，大幅提升了拉曼增强效果。

Description

一种新型的碲化镓基表面增强拉曼基底及其制备方法
技术领域
本发明专利涉及一种新型的碲化镓基表面增强拉曼基底及其制备方法。
背景技术
拉曼光谱是一种能够有效探测分子振动信息的指纹技术。但在一般情况下，拉曼信号的强度非常弱，影响了对微量分子的探测效果。而表面增强拉曼(SERS)技术能够有效增强拉曼信号，幅度可达10个数量级，因而被广泛运用于化学和生物领域。在表面增强拉曼技术中，基底的制备是核心的问题之一。一个理想的SERS基底需要满足多方面的要求，包括探测性能、均一性、稳定性、可重复性和经济性。但目前的SERS基底尚不能很好地同时满足这些要求：无序结构基底，如单纯的金属颗粒、核壳结构金属颗粒、纳米棒、纳米多孔金等结构通常在均一性、稳定性、可重复性方面表现较差；而由光刻等工艺制备的有序结构一般制备工艺复杂、成本高昂。
二维材料的出现为SERS基底的制备提供了一种新的思路。二维材料能单独用作增强基底，也能与金属颗粒结合来提供更好的增强效果。但二维材料SERS基底的主要优势在于均一性、稳定性、可重复性方面的提升，在关键的探测性能与成本方面的平衡上并没有比传统基底做的好。目前石墨烯是用作SERS基底最多的二维材料，但据Pengqi Lu等人的报道，GaTe二维材料拥有比石墨烯材料更好的潜在探测性能：在相似的基底结构下，GaTe基底对R6G分子的极限探测浓度为10-11M，而石墨烯基底只有8×10-7M。同时GaTe基底的制备非常简单，只需要将GaTe浸没在HAuCl4溶液中一段时间即可。因此在不显著提升制备难度的前提下，提高GaTe基底的探测能力具有明显的实用价值。
发明内容
本发明的目的是在不显著提升制备难度的前提下，提高GaTe基SERS基底的探测能力，实现SERS基底探测能力和制备成本的平衡。
本发明是采用以下技术方案来实现的：
本发明公开了一种新型的碲化镓(GaTe)基表面增强拉曼基底，基底结构从下至上依次为Au层，二维薄层GaTe层和Au纳米颗粒层。
作为进一步地改进，本发明所述的二维薄层GaTe层与Au层形成的异质结构。
作为进一步地改进，本发明在所述的二维薄层GaTe层上自组装形成的Au纳米颗粒层(3)。
作为进一步地改进，本发明所述的基底结构从下至上依次为SiO2/Si基底层、Ti或Cr层、Au层，二维薄层GaTe层和Au纳米颗粒层。
作为进一步地改进，本发明所述的二维薄层GaTe层为3-10nm。
本发明还公开了一种新型的碲化镓(GaTe)基表面增强拉曼基底的制备方法，在SiO2/Si基底层上，通过热蒸发的方法生长Ti层和Au层，利用机械剥离的方法制备二维薄层GaTe层，并利用转移平台转移到Au层上，最后将基底浸没在HAuCl4溶液中制备Au纳米颗粒层。
作为进一步地改进，本发明GaTe单晶需要保存在惰性氛围中，制备和转移过程需要快速完成，制备Au颗粒时的浸没时间为960秒。
本发明的有益效果是：
得益于GaTe材料较高的缺陷密度，在二维薄层GaTe层上自组装形成的金纳米颗粒覆盖率能达到98％，因此能在金颗粒之间产生极强的局域表面等离激元。同时在二维薄层GaTe层下方的金层在光照下也能产生表面等离激元，增强了金纳米颗粒之间的电磁场强度，大幅提升了拉曼增强效果。此基底对R6G分子的最低探测浓度达到10-14M，对R101分子的最低探测浓度达到10-12M，与纳米光刻工艺制备的拥有最佳性能的有序石墨烯基底处于同一水平。但不同于成本高昂的有序石墨烯基底，本基底工艺简单，成本低廉，较好地平衡了探测性能和成本之间的矛盾，具有实用化前景。
附图说明
图1是SERS基底示意图；
图2是SERS基底对R6G分子的定量探测实验结果，插图是R6G浓度为10-14M时的拉曼信号图；
图3是SERS基底对R101分子的定量探测实验结果，插图是R101浓度为10-12M和10- 10M时的拉曼信号图；
图1中1是Au层，2是二维薄层GaTe层，3是金纳米颗粒层。
具体实施方式
本发明公开了一种新型的GaTe基表面增强拉曼基底，器件结构由下至上分别为SiO2/Si基底层、Ti层、Au层1、二维薄层GaTe层2和Au纳米颗粒层，二维薄层GaTe层2为3-10nm，二维薄层GaTe层2与Au层1形成的异质结构，的二维薄层GaTe层2上自组装形成的Au纳米颗粒层。
本发明的简要制备步骤如下：
1)在SiO2/Si基底层上生长Ti或Cr层，再生长Au层1；
2)制备薄层的GaTe二维材料；
3)将制备好的二维薄层GaTe层2转移到Au层1上；
4)在二维薄层GaTe层2上制备金颗粒，形成Au纳米颗粒层。
下面结合说明书附图，通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：
制作流程
图1是SERS基底示意图，以下流程可结合图1所示的示意图。
A.SiO2(300nm)/Si基底层的准备和清洗
将SiO2(300nm)/Si片切成1cm*1cm规格，在乙醇和去离子水中各超声数分钟后吹干即可。SiO2(300nm)/Si片也可替换为其他衬底，如硅片和金属片等。
B.生长金膜
在清洗完毕的SiO2(300nm)/Si片上热蒸发生长5nm钛层，再生长50nm金层。钛层是为了增加金层在衬底上的黏着性，也可以替换为铬层。
C.GaTe二维材料的制备和转移
GaTe单晶需要保存在惰性气体氛围下。二维GaTe材料通过机械剥离法进行制备：用思高胶带粘住GaTe的两面，然后撕开，使GaTe一分为二。不断重复这个过程直到胶带上的GaTe足够薄。将粘有二维GaTe的胶带粘在PDMS薄膜上后撕去，二维GaTe薄膜即粘留在PDMS薄膜上。最后利用转移平台将PDMS薄膜上的GaTe转移到金层上，二维薄层GaTe层2为8nm。二维薄层GaTe层2的制备和转移需要快速完成以降低氧化的影响。
D.GaTe层上金纳米颗粒层3的制备
将GaTe层/Au层1/Ti层/SiO2/Si结构浸没在0.2mg/ml的HAuCl4溶液中，一段时间后取出，用乙醇润洗并吹干。浸没时间一般为960秒，探测极低浓度分子时可以降低至240秒。
至此便完成了SERS基底的整个制作流程。
测试及结果
通过以上工艺过程，获得了完整的SERS基底。
为了测试基底性能，使用R6G分子和R101分子对SERS基底进行定量表征测试。将不同浓度的溶液滴在SERS基底上，20分钟后用乙醇洗去，氮气吹干。然后用显微共焦拉曼光谱仪进行拉曼测试，激发光波长为532nm。
图2是SERS基底对R6G分子的定量探测实验结果，插图是R6G浓度为10-14M时的拉曼信号图；图3是SERS基底对R101分子的定量探测实验结果，插图是R101浓度为10-12M和10-10M时的拉曼信号图；可见拉曼强度与溶液浓度的关系符合Langmuir吸附定理。基底对R6G的最低探测浓度达到10-14M，对R101的最低探测浓度达到10-12M，是二维材料的SERS基底所实现的最低探测浓度之一。
以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明核心技术特征的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种新型的碲化镓(GaTe)基表面增强拉曼基底，其特征在于，所述的基底结构从下至上依次为Au层(1)，二维薄层GaTe层(2)和Au纳米颗粒层(3)。
2.根据权利要求1所述的表面增强拉曼基底，其特征在于，所述的二维薄层GaTe层(2)与Au层(1)形成的异质结构。
3.根据权利要求1所述的表面增强拉曼基底，其特征在于，在所述的二维薄层GaTe层(2)上自组装形成的Au纳米颗粒层(3)。
4.根据权利要求1所述的基表面增强拉曼基底，其特征在于，所述的基底结构从下至上依次为SiO2/Si基底层、Ti或Cr层、Au层(1)，二维薄层GaTe层(2)和Au纳米颗粒层(3)。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的表面增强拉曼基底，其特征在于，所述的二维薄层GaTe层(2)为3-10nm。
6.一种如权利要求1或2或3或4所述的新型的碲化镓(GaTe)基表面增强拉曼基底的制备方法，其特征在于，在SiO2/Si基底层上，通过热蒸发的方法生长Ti层和Au层(1)，利用机械剥离的方法制备二维薄层GaTe层(2)，并利用转移平台转移到Au层(1)上，最后将基底浸没在HAuCl4溶液中制备Au纳米颗粒层(3)。
7.根据权利要求6所述的表面增强拉曼基底的制备方法，其特征在于，GaTe单晶需要保存在惰性氛围中，制备和转移过程需要快速完成，制备Au颗粒时的浸没时间为960秒。
CN201910662363.4A 2019-07-22 2019-07-22 一种新型的碲化镓基表面增强拉曼基底及其制备方法 Pending CN110441283A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910662363.4A CN110441283A (zh) 2019-07-22 2019-07-22 一种新型的碲化镓基表面增强拉曼基底及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910662363.4A CN110441283A (zh) 2019-07-22 2019-07-22 一种新型的碲化镓基表面增强拉曼基底及其制备方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN110441283A true CN110441283A (zh) 2019-11-12

Family

ID=68431035

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910662363.4A Pending CN110441283A (zh) 2019-07-22 2019-07-22 一种新型的碲化镓基表面增强拉曼基底及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110441283A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111650177A (zh) * 2020-05-09 2020-09-11 浙江大学 一种实现单分子探测的碲化镓基表面增强拉曼基底及其制备方法
CN113589411A (zh) * 2021-05-14 2021-11-02 武汉工程大学 基于贵金属纳米颗粒-j聚体染料等离子体微腔及其制备方法
CN115261818A (zh) * 2021-04-30 2022-11-01 香港中文大学 在二维1t′相过渡金属碲化物表面制备金纳米颗粒的方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102944545A (zh) * 2012-12-05 2013-02-27 江西师范大学 层状三维结构纳米金表面增强拉曼活性基底及其制备方法
CN105277525A (zh) * 2015-09-23 2016-01-27 西北工业大学 一种基于bn亚纳米腔的超强sers基底及其制备方法
CN106556587A (zh) * 2016-11-15 2017-04-05 山东师范大学 基于二维硒化锡纳米片的表面增强拉曼基底及制备方法
CN109852945A (zh) * 2019-01-28 2019-06-07 深圳大学 一种基于二维材料的拉曼增强基底及其制备方法和应用

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102944545A (zh) * 2012-12-05 2013-02-27 江西师范大学 层状三维结构纳米金表面增强拉曼活性基底及其制备方法
CN105277525A (zh) * 2015-09-23 2016-01-27 西北工业大学 一种基于bn亚纳米腔的超强sers基底及其制备方法
CN106556587A (zh) * 2016-11-15 2017-04-05 山东师范大学 基于二维硒化锡纳米片的表面增强拉曼基底及制备方法
CN109852945A (zh) * 2019-01-28 2019-06-07 深圳大学 一种基于二维材料的拉曼增强基底及其制备方法和应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LI XUANHUA ET AL.: "Highly Intensified Surface Enhanced Raman Scattering by Using Monolayer Graphene as the Nanospacer of Metal Film–Metal Nanoparticle Coupling System", 《ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS》 *
LU PENGQI ET AL.: "Hybrid Structure of 2D Layered GaTe with Au Nanoparticles for Ultrasensitive Detection of Aromatic Molecules", 《APPLIED MATERIALS & INTERFACES》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111650177A (zh) * 2020-05-09 2020-09-11 浙江大学 一种实现单分子探测的碲化镓基表面增强拉曼基底及其制备方法
CN111650177B (zh) * 2020-05-09 2024-01-09 浙江大学 一种实现单分子探测的碲化镓基表面增强拉曼基底及其制备方法
CN115261818A (zh) * 2021-04-30 2022-11-01 香港中文大学 在二维1t′相过渡金属碲化物表面制备金纳米颗粒的方法
CN115261818B (zh) * 2021-04-30 2024-05-03 香港中文大学 在二维1t′相过渡金属碲化物表面制备金纳米颗粒的方法
CN113589411A (zh) * 2021-05-14 2021-11-02 武汉工程大学 基于贵金属纳米颗粒-j聚体染料等离子体微腔及其制备方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110441283A (zh) 一种新型的碲化镓基表面增强拉曼基底及其制备方法
Zhao et al. Plasmon-exciton coupling by hybrids between graphene and gold nanorods vertical array for sensor
Qiu et al. Reliable molecular trace-detection based on flexible SERS substrate of graphene/Ag-nanoflowers/PMMA
Fang et al. One-dimensional inorganic semiconductor nanostructures: a new carrier for nanosensors
George et al. Flexible superhydrophobic SERS substrates fabricated by in situ reduction of Ag on femtosecond laser-written hierarchical surfaces
Mehrabian et al. UV detecting properties of hydrothermal synthesized ZnO nanorods
Xu et al. Synthesis of the 3D AgNF/AgNP arrays for the paper-based surface enhancement Raman scattering application
CN103872155B (zh) 一种表面等离激元增强的超导单光子探测器及其制备方法
CN107608094B (zh) 一种单颗粒表面等离激元电光调制器及其制备方法
US11203523B2 (en) Bionic SERS substrate with metal-based compound eye bowl structure and its construction method and application
CN103969241A (zh) 一种拉曼基底
Liu et al. Suspended MoS2 photodetector using patterned sapphire substrate
CN106093001A (zh) 聚多巴胺‑银粒子‑聚多巴胺型表面增强拉曼光谱衬底及其制备方法
CN111025690B (zh) 一种用于全光调制的石墨烯等离激元器件及制备方法
CN108226137B (zh) 一种柔性、透明的二硫化钼@银颗粒/三维金字塔结构pmma sers基底的制备方法及应用
Damm et al. Surface enhanced luminescence and Raman scattering from ferroelectrically defined Ag nanopatterned arrays
CN108374153A (zh) 一种磁控溅射生长大面积、高度有序纳米颗粒的方法
CN109959681A (zh) 一种气敏传感器件及其制备方法和应用
Wang et al. Highly sensitive and reproducible silicon-based surface-enhanced Raman scattering sensors for real applications
CN108333166A (zh) 激光诱导的表面增强拉曼散射基底及制备方法
CN105669046A (zh) 一种荧光增强纳米薄膜及其制备方法
Saner et al. Chemical approaches for nanoscale patterning based on particle lithography with proteins and organic thin films
CN104237202B (zh) 一种硅纳米阵列基底及其制备方法、应用
Dong et al. Plasmon-exciton coupling for nanophotonic sensing on chip
CN106093000A (zh) 一种可拉伸表面增强拉曼活性基底及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20191112