【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于光谱测量，具体涉及一种石墨烯-多热点金纳米结构复合体系的制备方法及其应用。
技术介绍
1、表面增强拉曼散射（surface-enhanced raman scattering，sers）能大大提高拉曼信号强度，甚至可以实现单分子检测，因此在物理、化学、生物和医药等领域，是一种优异的表面分析方法。sers效应来自两种机理的贡献，分别是电磁场增强（electromagneticmechanism，em）和化学增强（chemical mechanism，cm）。金、银、铜等金属的粗糙表面形式是常用的传统sers衬底，它们的增强主要来自em：入射光照射等离子金属产生等离激元，在共振时，金属表面电场会极大地增强，最终大幅提高吸附在金属表面的单分子层和亚单分子层的分子的拉曼散射截面，提供表面分子的结构信息。金属纳米颗粒上形成的局域表面等离激元的电场增强因子与许多因素有关，包括尺寸，形状，密度及被测分子在金附近的取向和构型。大密度的金颗粒排列，使得相邻金颗粒之间能发生电磁耦合，进一步增加电磁场。金颗粒之间的空隙因此被称作“热点”（hot spots）。对于有尖锐形状特征的金属纳米结构（例如三角形），较大电磁场增强可以存在于锐利尖端或锋利的边缘处，因此几何化结构自身带有许多由形貌特征产生的“热点”。而化学增强机理在可高达1013的总sers增强强度中，增强量级一般在10-102，故被认为是一个次要的，辅助的因素。一般认为，化学增强最主要的起因是金属与吸附分子之间的电荷转移。由于电荷转移，分子中正负电荷分离，分子极化率增加，从而提高
2、石墨烯具有连续的电子能带结构，可以接收任何激发能量，从而抑制电子和振动激发。通过研究发现，石墨烯可以有效地淬灭被探测分子的荧光，这为基于化学增强的sers探测提供了可能（nano lett., doi: 10.1021/nl903414x；small, doi: 10.1002/smll.201203097）。如果在石墨烯上负载贵金属纳米颗粒，则可以结合化学增强和电磁增强两种效应，获得更高的拉曼增强因子。另一方面，纯金衬底虽然可以有效地增强分子的拉曼信号，但同时也会放大荧光信号。单层石墨烯的应用则能使荧光信号得到了抑制。wang等人在单层石墨烯上蒸镀了不同厚度的金膜，并将它们作为r6g的sers衬底。结果表明，当金膜厚度为7 nm时，获得的分子sers信号最强，同时荧光背景最弱（appl. phys. lett., doi:10.1063/1.3505335）。因此，石墨烯与金膜结合的体系是sers衬底的理想选择。
3、在石墨烯等二维材料表面叠加金属纳米颗粒的方法包括物理方法和化学方法。然而，采用化学方法无法避免地引入溶剂等污染物。物理微加工方法则需要使用复杂而昂贵的加工工艺，如电子束曝光和聚焦离子束刻蚀等，这极大地增加了加工时间和成本，并且无法实现大规模制备。因此，物理蒸镀方法在石墨烯表面进行金属沉积以形成石墨烯-金属复合sers基底是优选的手段。并且，石墨晶格结构会对金属纳米颗粒在其表面的成核、生长和结构演化等热力学行为和动力学行为产生调制。1975年，科学家首次研究了在高定向热解石墨（highly oriented pyrolytic graphite，hopg）上物理气相沉积金的分散情况与衬底温度和蒸发速率的关系（j. cryst. growth, doi: 10.1016/0022-0248(75)90025-1；10.1016/0022-0248(75)90026-3）。之后又出现了许多研究体石墨上沉积金颗粒形貌的工作。例如，nishitani等研究了衬底温度在293- 383 k时hopg上金的形貌（j. vac. sci.technol., doi: 10.1116/1.585516）。在较低温度段，得到了紧凑的金岛，而高温段则可得到树枝晶状金。gladfelter等观察到室温下金在体石墨上也能形成树枝晶状（langmuir,doi: 10.1021/la00051a003）。以上工作显示，通过改变体石墨衬底的温度，可以改变沉积在其上的金颗粒形貌。对于二维极限的石墨烯材料，其特定的表面结构以及纳米级厚度如何调制表面金纳米颗粒形貌尚缺乏研究。基于石墨烯调制金属纳米颗粒形貌得到的石墨烯-多热点金纳米结构复合材料体系，对设计构建结构和性能稳定的sers基底、乃至增强型光电器件都有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一是提供一种石墨烯-多热点金属纳米结构复合体系的制备方法，包括以下步骤：
2、步骤1，微机械法制备石墨烯薄膜：以天然高定向热解石墨hopg为原料，采用微机械剥离法制备石墨烯片层，将其置于si/sio2衬底表面，形成石墨烯薄膜。
3、在本专利技术的一个实施例中，利用光学显微镜初步鉴定石墨烯的厚度，找到薄层；通过测试其拉曼光谱，鉴定制备的石墨烯样品的层数及品质。
4、步骤2，通过真空镀膜仪在加热石墨烯表面热蒸镀第一层等离子金属，形成几何化形貌特征金属纳米结构：将金属丝放置在陶瓷坩埚内，将附着有石墨烯薄膜的si/sio2衬底与功率薄膜电阻紧密连接，然后将其与陶瓷坩埚平行放置于真空镀膜仪，并在二者之间设置金属挡板，在压强为10-4pa的条件下蒸镀，先对薄膜电阻施加电流使附着有石墨烯薄膜的si/sio2衬底温度保持在80 ℃～120 ℃，同时对陶瓷坩埚进行加热使蒸发速率为1.0 å/s，然后移开金属挡板开始沉积金属原子，当金属膜厚达到4 nm～6 nm时，打开挡板，关闭陶瓷坩埚加热，保持真空状态使样品冷却，得到附着有几何化形貌特征金属纳米结构的石墨烯si/sio2衬底。
5、在本专利技术的一个实施例中，对薄膜电阻施加的电流大小根据薄膜电阻的电流-温度参数进行设置；金属膜的厚度由蒸发腔内的膜厚监测仪，通过晶振片进行测量。
6、步骤3，通过真空镀膜仪常规热蒸镀第二层等离子金属，形成密集金属颗粒：将步骤2得到的衬底保持在室温下再采用常规蒸镀一层密集金属纳米颗粒结构，膜厚为4 nm～6nm，这些密排金属颗粒间隙进一步产生了大量“热点”，最终得到石墨烯-多热点金纳米结构复合体系。
7、进一步地，所述金属丝为金丝或银丝。
8、本专利技术的目的之二是将采用上述方法制备得到的石墨烯-多热点金纳米结构复合体系作为基底应用于表面增强拉曼散射表征。该石墨烯-多热点金属纳米结构复合体系作为sers基底，可增强吸附分子的拉曼信号。
9、与现有技术相比，本专利技术提供的可用作sers基底的石墨烯-多热点金属纳米结构复合体系，具有以下优点：
10、（1）利用衬底温度升高对沉积金属的成核和生长的影响，简单、经济、高效获得多热点金属纳米结构。当温度升高时，动力学控制的岛状生长加剧，从而颗粒的合并和生长事件变得显著许多，导致金属岛三维立体化和几何形状化。
11、（2）低成本地实现大增强因子的sers效应，可进一步应用于各种痕量分子检测。
12、（3）本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.石墨烯-多热点金属纳米结构复合体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属丝为金丝或银丝。
3.采用权利要求1所述方法制备得到的石墨烯-多热点金纳米结构复合体系在表面增强拉曼散射表征中的应用。
4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述石墨烯-多热点金纳米结构复合体系作为基底应用于表面增强拉曼散射表征。
【技术特征摘要】
1.石墨烯-多热点金属纳米结构复合体系的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述金属丝为金丝或银丝。
3.采用权利要求1所述方法制...
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