合肥研究院微／納結構陣列構筑及其SERS應用研究獲進展

　　近期，中國科學院合肥物質科學研究院固體物理研究所微/納技術與器件研究室研究員李越帶領的研究小組，在物理方法輔助膠體晶體模板構筑微/納陣列及其SERS增強特性方面取得新進展。相關研究成果已發表在國際期刊上(Small, 2015, 11, 844-853；Advanced Materials Interfaces, 2015, 2, 1500031)。

　　二維膠體晶體模板策略是合成微/納結構陣列的有效方法，通過溶液浸漬-膠體模板合成方法，控制前驅液的添加方式及后期處理過程，可成功制備多種形貌可控的周期性微/納結構陣列。然而，采用化學方法獲得的微/納結構陣列，很難得到大面積形貌均一的樣品，如果作為SERS活性襯底使用，則會導致SERS探測信號不均一性，即在不同區域獲得的信號強度波動范圍較大，會限制其在實際中的應用。為此，研究人員在化學方法制備有序陣列的基礎上，進一步采用磁控濺射方法，在原有的結構陣列上進行物理沉積，成功獲得了新型形貌可控的周期性分級微/納結構陣列。相對于化學方法獲得的有序陣列，該分級微/納結構陣列作為SERS襯底，其SERS信號均一性得到顯著改善；通過進一步優化有序陣列的結構參數，獲得了10-11 M（R6G）的探測極限。這些SERS基底可作為便攜式Raman檢測儀器重要部分，對有機分子的快速探測具有實際應用價值(Small, 2015, 11, 844-853)。

　　在此基礎上，該研究小組進一步發展了一種簡便、廉價的方法，即單層膠體晶體模板-誘導前驅液填充以及后續濺射沉積，制備顆粒間隙可調的周期性球狀納米顆粒結構陣列。相比于濺射沉積前的有序網絡狀結構陣列，該陣列表現出良好的SERS均一性能和靈敏度。由于受到電磁耦合作用影響，顆粒間隙為10 nm的結構陣列表現出更高的SERS增強效應。經過化學改性后，該結構陣列表面具有良好的疏水性能，如圖1所示，以此作為SERS活性基底，可使水溶性探測分子溶液在其表面快速蒸發，引起探測分子局域濃縮，大大縮短了有機分子的檢測過程。能夠在短時間內、使用少量檢測溶液的情況下，實現待檢測分子的快速檢測。疏水性SERS基底的構筑有力解決了微體積、超低濃度的有機溶液難以用SERS檢測的難題(Advanced Materials Interfaces, 2015, 2, 1500031)。

　　上述研究得到了國家自然科學基金，中科院科技創新“交叉與合作團隊”等項目的資助。