本發(fā)明涉及微細(xì)加工、激光拉曼檢測(cè)，具體涉及一種外嵌金屬圓環(huán)的八角花納米陣列拉曼增強(qiáng)基底及其制備方法。

背景技術(shù)：

1、與塊體材料相比，金屬納米結(jié)構(gòu)由于具有優(yōu)異的光學(xué)性質(zhì)而受到了人們廣泛的研究和關(guān)注。當(dāng)光照射到金屬納米結(jié)構(gòu)表面時(shí)，可以利用衍射效應(yīng)進(jìn)行波矢補(bǔ)償從而激發(fā)表面等離激元共振效應(yīng)，在金屬納米結(jié)構(gòu)表面和介電間隙處產(chǎn)生強(qiáng)烈增強(qiáng)的電磁場(chǎng)，這在超分辨成像、生物/化學(xué)傳感、光開(kāi)關(guān)器件以及太陽(yáng)能電池等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用。例如目前的表面增強(qiáng)拉曼散射傳感器，通常是利用金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離激元共振效應(yīng)來(lái)獲得分子放大的拉曼信號(hào)，從而分析吸附物的分子結(jié)構(gòu)。

2、金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離激元共振效應(yīng)與金屬粒子之間的介電間隙相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)（如期刊j.?phys.?chem.?c,?2007年,?第111卷，17985-17988頁(yè)），通過(guò)減小金屬粒子之間的介電間隙，可進(jìn)一步增強(qiáng)金屬粒子間耦合，從而放大局域的電場(chǎng)強(qiáng)度，提高待測(cè)物的拉曼信號(hào)強(qiáng)度。然而金屬粒子之間低于10?nm的均勻有序的介電間隙在納米材料制備技術(shù)方面仍然比較困難。另一方面，金屬納米結(jié)構(gòu)的表面等離激元共振效應(yīng)與金屬粒子的形狀密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)?(如期刊rsc?adv.,?2017年,第7卷，49303-49308頁(yè))，金屬納米花結(jié)構(gòu)能夠激發(fā)表面等離激元共振從而產(chǎn)生強(qiáng)的電場(chǎng)增強(qiáng)，對(duì)羅丹明6g分子的拉曼信號(hào)檢測(cè)極限可達(dá)到10

3、-10?m。然而，現(xiàn)有的金屬納米花結(jié)構(gòu)中的介電間隙尺寸高于10?nm，難以實(shí)現(xiàn)10?nm以下的介電間隙，因此限制了拉曼信號(hào)靈敏度的進(jìn)一步提高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明可以解決現(xiàn)有金屬納米花結(jié)構(gòu)難以實(shí)現(xiàn)10?nm以下介電間隙，作為拉曼增強(qiáng)基底時(shí)檢測(cè)極限不夠低的問(wèn)題，提供一種外嵌金屬圓環(huán)的八角花納米陣列拉曼增強(qiáng)基底及其制備方法。

2、本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種外嵌金屬圓環(huán)的八角花納米陣列拉曼增強(qiáng)基底的制備方法，包含以下步驟：

4、（1）在一干凈的導(dǎo)電襯底上旋涂pmma正性光刻膠并干燥，依照klayout軟件繪制的外嵌圓環(huán)的八角花納米陣列圖案對(duì)pmma光刻膠進(jìn)行電子束曝光，曝光后置于顯影液進(jìn)行顯影、定影并吹干，從而在光刻膠上制出外嵌圓環(huán)的八角花納米孔洞陣列圖案。

5、（2）將步驟（1）中獲得的帶有外嵌圓環(huán)的八角花納米孔洞陣列圖案的光刻膠的導(dǎo)電襯底放置在電子束蒸發(fā)鍍膜設(shè)備的鍍膜室，依次沉積鉻膜和金膜或鉻膜和銀膜，鉻膜作為金膜或銀膜與導(dǎo)電襯底間的粘附層；將鍍膜后的導(dǎo)電襯底置于丙酮溶液進(jìn)行剝離，去除導(dǎo)電襯底上殘留的光刻膠，同時(shí)光刻膠上面的金屬也被去除，在導(dǎo)電襯底上得到外嵌金屬圓環(huán)的八角花納米陣列。

6、進(jìn)一步地，所述金屬八角花和金屬圓環(huán)的形狀尺寸以及金屬八角花與金屬圓環(huán)之間的間距可以通過(guò)調(diào)節(jié)繪制的八角花和圓環(huán)形狀尺寸及間距進(jìn)行調(diào)控。

7、進(jìn)一步地，所述鉻膜厚度為5~10?nm，金膜或銀膜厚度為30~120?nm。

8、本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和有益效果：本發(fā)明采用微納光刻技術(shù)對(duì)繪制的外嵌圓環(huán)的八角花納米陣列圖案進(jìn)行電子束曝光，可在導(dǎo)電襯底上得到排列有序的納米結(jié)構(gòu)，金屬圓環(huán)和八角花形狀尺寸均勻性好，重復(fù)性高。通過(guò)減小繪制的圓環(huán)與八角花之間的間距，制得的外嵌金屬圓環(huán)的八角花納米陣列中金屬圓環(huán)與八角花之間的介電間隙尺寸可達(dá)10?nm以下，促進(jìn)了金屬圓環(huán)與八角花之間表面等離激元共振耦合，強(qiáng)化了電場(chǎng)增強(qiáng)效果，作為拉曼增強(qiáng)基底時(shí)對(duì)羅丹明6g分子的拉曼信號(hào)檢測(cè)極限低至10-12?m，具有更高的靈敏度，應(yīng)用前景好。

技術(shù)特征：

1.一種外嵌金屬圓環(huán)的八角花納米陣列拉曼增強(qiáng)基底的制備方法，其特征在于，包含以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外嵌金屬圓環(huán)的八角花納米陣列拉曼增強(qiáng)基底的制備方法，其特征在于，所述金屬八角花和金屬圓環(huán)的形狀尺寸以及金屬八角花與金屬圓環(huán)之間的間距可以通過(guò)調(diào)節(jié)繪制的八角花和圓環(huán)形狀尺寸及間距進(jìn)行調(diào)控。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種外嵌金屬圓環(huán)的八角花納米陣列拉曼增強(qiáng)基底的制備方法，其特征在于，所述鉻膜厚度為5~10?nm，金膜或銀膜厚度為30~120?nm。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種外嵌金屬圓環(huán)的八角花納米陣列拉曼增強(qiáng)基底及其制備方法，具體涉及微細(xì)加工、拉曼檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。該方法首先在導(dǎo)電襯底上旋涂光刻膠，然后利用光刻技術(shù)進(jìn)行曝光、顯影，在光刻膠上制出外嵌圓環(huán)的八角花納米孔洞陣列圖案，之后進(jìn)行金屬蒸發(fā)鍍膜并剝離，去除導(dǎo)電襯底上殘留的光刻膠和之上的金屬，即得外嵌金屬圓環(huán)的八角花納米陣列。與常規(guī)的金屬納米粒子陣列相比，本發(fā)明構(gòu)建的外嵌金屬圓環(huán)的八角花納米陣列結(jié)構(gòu)中金屬圓環(huán)與八角花之間的介電間隙可達(dá)10?nm以下，促進(jìn)了八角花與圓環(huán)之間表面等離激元共振耦合，強(qiáng)化了電場(chǎng)增強(qiáng)效果，作為拉曼增強(qiáng)基底時(shí)對(duì)羅丹明6G分子的拉曼信號(hào)檢測(cè)極限低至10<supgt;?12?</supgt;M。

技術(shù)研發(fā)人員：趙元,李喜玉,唐莉,初斌華,張志峰
受保護(hù)的技術(shù)使用者：魯東大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30