面向化學(xué)生物傳感應(yīng)用的卷曲復(fù)合貴金屬微納米管研究.pdf

1、卷曲納米技術(shù)是將具有內(nèi)應(yīng)力的納米薄膜層釋放后其自主卷曲成為三維微納結(jié)構(gòu)，是一種制備卷曲微管簡單而高效的方法。近年來經(jīng)過科研學(xué)者的努力已經(jīng)利用該方法制備出多種材料的卷曲微管，并且運(yùn)用于光學(xué)檢測、微驅(qū)動(dòng)以及生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。微納尺度的管狀結(jié)構(gòu)由于其獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)和在多個(gè)領(lǐng)域具有的巨大的應(yīng)用空間，已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。本論文立足于卷曲復(fù)合貴金屬微納管的制備與表征，并研究了其拉曼散射特性，獲得的主要成果有:
　　1.創(chuàng)新地將氧化物納米

2、薄膜與貴金屬納米薄膜結(jié)合，通過設(shè)計(jì)納米薄膜層之間的內(nèi)應(yīng)力梯度，制備出了卷曲緊密、卷曲方向一致并且排列整齊的卷曲復(fù)合貴金屬微管，克服了以往純金屬微管所存在的一些缺點(diǎn)。這些卷曲微管的管徑可以通過改變參數(shù)（材料組分、薄膜厚度、犧牲層圖案）來調(diào)控。研究表明相同的材料組分下，納米薄膜層厚度越薄卷曲微管的直徑越小，這是薄膜內(nèi)應(yīng)力與重力合作的結(jié)果。光刻膠犧牲層的圖形也對卷曲微管管徑有影響，是因?yàn)閺墓饪棠z上釋放納米薄膜的時(shí)候，內(nèi)應(yīng)力是在微管的軸向和徑向

3、兩個(gè)方向同時(shí)發(fā)生的。
　　2.將卷曲微管應(yīng)用于表面增強(qiáng)拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering，SERS)的測量后，證明了卷曲微管具有良好的表面增強(qiáng)拉曼散射特性，且增強(qiáng)因子(enhancement factor，EF)高達(dá)1.2×105。通過測量分析不同濃度的探針分子下拉曼光譜特征峰強(qiáng)度的走勢以此得到了卷曲微管作為拉曼活性基底的有效測量范圍為10-6-10-4M。然后測量了卷曲微管表面不同位置處

4、的拉曼強(qiáng)度，通過實(shí)驗(yàn)與理論模擬兩方面得到了單根微管表面的探針分子拉曼信號強(qiáng)度的分布，并分析其原理是由于表面等離激元共振(surface plasmon resonance，SPR)而引起的卷曲微管表面的局域電磁場增強(qiáng)。
　　3.卷曲微管是一種具有獨(dú)特新穎形貌的雙曲超材料(hyperbolicmetamaterials，HMMS)，它奇特的色散關(guān)系可以有效控制電磁波在材料內(nèi)的傳播。論文中首先分析了卷曲微管的管狀結(jié)構(gòu)對于表面增強(qiáng)拉曼散

5、射的貢獻(xiàn)，結(jié)論表明微管曲率的增大對于探針分子的信號增強(qiáng)能力變強(qiáng)。隨后探索了一種調(diào)節(jié)卷曲微管結(jié)構(gòu)表面增強(qiáng)拉曼散射信號強(qiáng)度的簡單而有效的方法:使用原子層沉積（atomic layer deposition，ALD）在材料表面沉積氧化鋁薄膜作為鈍化層來改變探針分子與材料表面的距離。通過實(shí)驗(yàn)測試找到了拉曼信號強(qiáng)度變化曲線的奇點(diǎn)，在鈍化層厚度為3 nm時(shí)，拉曼光譜1650 cm-1處特征峰強(qiáng)度最強(qiáng)，增強(qiáng)因子高達(dá)4×105。理論模擬也證明了此奇點(diǎn)，