基于电子动态调控的超快激光金属表面增强拉曼基底可控制备及应用

作     者：许永达 

作者单位：北京理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李欣

授予年度：2016年

学科分类：08[工学] 0802[工学-机械工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：飞秒激光 脉冲序列 表面增强拉曼基底 

摘      要：表面增强拉曼散射(SERS)能够快速、精确的应用于分子结构信息的分析,对于检测低浓度物质具有重要的意义。飞秒激光加工技术以其超快速、超强功率等特点成为制备表面增强拉曼基底的理想方法之一。通过本课题组提出的电子动态调控的思想,我们使用飞秒激光对金属材料进行加工,通过不断优化实验参数,在空气环境下一步法制备出高灵敏度、高均匀性的表面增强拉曼基底的主要研究工作和创新点总结如下:(1)飞秒激光传统脉冲和脉冲序列对银基底的加工。我们利用飞秒激光脉冲序列对银基底进行加工,在空气中一步法得到了具有高灵敏度的表面增强拉曼基底,其具有以下优点:具有高灵敏度,得到了增强因子为1.29×109的拉曼增强基底;具有高加工效率,每分钟可以制备的面积达到96000um2;具有良好的均匀性,相对标准偏差低至10.7%;无污染,在制备过程中不会引入任何化学污染物。(2)飞秒激光传统脉冲加工铜基底制备表面增强拉曼基底。利用飞秒激光直接对金属铜进行烧蚀加工,通过改变飞秒激光加工速度,得到了具有超疏水特性的铜基底,通过调整飞秒激光的加工速度,可以调控铜金属表面的疏水角大小。利用该基底的超疏水特性将待检测液滴浓缩至表面很小的区域,用于拉曼检测,可以得到2.53×107的增强因子;(3)飞秒激光加工铜基底结合金纳米粒子修饰。在研究内容(2)的基础上利用自组装技术将60nm的金纳米颗粒修饰该表面,得到了 3.60×109的增强因子。同时,为了验证金纳米颗粒的作用,使用FDTD模拟对铜微纳结构和金纳米颗粒进行了模拟,结果表面了金纳米颗粒与铜微纳结构组合在一起可以获得更好的表面电磁场增强,从而使得拉曼散射效应也增强。