【摘要】：表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)技術(shù)因高靈敏度和分子針對性成為分析化學(xué)中一種非破壞性、實時檢測的重要表征手段。然而傳統(tǒng)貴金屬襯底較差的生物兼容性、不穩(wěn)定性、難以再生控制等弊端一直限制SERS技術(shù)的發(fā)展。最近,人們在二維(2D)二硫化鉬(MoS_2)表面也發(fā)現(xiàn)了拉曼信號增強(qiáng)現(xiàn)象,由于其較高的增強(qiáng)因子、可調(diào)制的光電學(xué)性能、較強(qiáng)的激子效應(yīng)成為拉曼技術(shù)研究的熱門材料。但2D-MoS_2作為拉曼檢測襯底的機(jī)制仍存在爭議,如有研究認(rèn)為是由于電荷轉(zhuǎn)移及偶極-偶極耦合導(dǎo)致的,也有人認(rèn)為是電荷轉(zhuǎn)移導(dǎo)致的化學(xué)增強(qiáng),還有人認(rèn)為存在激子共振及光致電荷轉(zhuǎn)移。因此對MoS_2拉曼檢測機(jī)制的研究有利于獲得針對特定分子的最優(yōu)化SERS增強(qiáng)因子,從而實現(xiàn)其在微量檢測等領(lǐng)域的應(yīng)用。本文介紹了SERS效應(yīng)及機(jī)制、二維MoS_2的制備方法和表征手段,重點討論了MoS_2作為拉曼散射襯底的機(jī)制。實驗發(fā)現(xiàn),以羅丹明6G(R6G)作為探針分子,其拉曼信號隨MoS_2層數(shù)的增加而減小。另外,我們計算了波長為532 nm入射光激發(fā)時單層MoS_2表面R6G分子的共振拉曼散射截面,其平均值為(0.53±0.23)×10~(-23) cm~2?sr~(-1)?molecule~(-1),低于甲醇溶液中R6G分子的共振拉曼散射截面(1.60±0.20)×10~(-23) cm~2?sr~(-1)?molecule~(-1)。所以單層MoS_2并沒有增強(qiáng)R6G分子的拉曼散射截面。為計算分子拉曼散射截面,需要知道吸附在MoS_2表面的R6G分子濃度。本文提出通過光學(xué)圖片R通道對比度值獲得分子濃度的方法,利用菲涅爾公式模擬出R通道對比度值與分子濃度的關(guān)系,例如,R通道對比度為0.20的樣品表面吸附的R6G分子濃度為6.4×10~(13)/cm~2,換算成分子厚度為0.5nm,相應(yīng)的計算結(jié)果已用原子力顯微鏡(AFM)進(jìn)行了驗證。綜上,我們認(rèn)為單層MoS_2檢測分子拉曼信號的機(jī)制是由于光致電荷轉(zhuǎn)移導(dǎo)致探針分子熒光淬滅,從而在共振激發(fā)分子時,使淹沒在熒光背底中的拉曼信號顯現(xiàn)。為進(jìn)一步提高M(jìn)oS_2拉曼檢測襯底的靈敏度,本文利用高溫退火在MoS_2表面引入不同程度缺陷來增加分子吸附濃度、增強(qiáng)分子拉曼信號。在空氣中用300℃以上的高溫退火MoS_2可在其表面形成不同尺寸的三角形氧化坑,R6G分子拉曼信號強(qiáng)度會隨缺陷程度增加呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢。我們認(rèn)為是MoS_2表面懸掛鍵數(shù)量隨缺陷程度的增加而增多,從而提高了分子吸附濃度。但隨缺陷程度繼續(xù)增加,較小的氧化坑逐漸連接成較大的無定形氧化坑,拉曼信號又隨分子吸附濃度的降低而減弱。實驗發(fā)現(xiàn),調(diào)制后MoS_2表面的分子拉曼信號相比于本征MoS_2提高了約7.5倍。該發(fā)現(xiàn)為二維材料在拉曼檢測技術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用提供了更多可能。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：O657.37;O614.612
【圖文】：

象[1]，這無疑為拉曼檢測技術(shù)的應(yīng)用帶來了曙光。本結(jié)合其優(yōu)異的光電性質(zhì)及 SERS 效應(yīng)信號強(qiáng)、檢測快備出高靈敏度拉曼檢測襯底、探究 MoS2增強(qiáng)探針分助力低濃度檢測、生物科學(xué)等領(lǐng)域的迅猛發(fā)展以及分程的研究。出高性能 MoS2拉曼探測襯底，本章將詳細(xì)講述 SERS2的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，結(jié)合 SERS 效應(yīng)的增強(qiáng)機(jī)制分析素。散射效應(yīng)研究現(xiàn)狀原理機(jī)制以及優(yōu)化拉曼檢測技術(shù)之前，我們首先了解一的原理。物質(zhì)分子會對入射到其表面的光束發(fā)生散射可以分為非彈性散射和彈性散射，相應(yīng)原理如圖 1-1

哈爾濱工業(yè)大學(xué)理學(xué)碩士學(xué)位論文入射光的光子和物質(zhì)分子間發(fā)生沒有能量交換的彈性碰撞，使得散射光頻率等于入射光頻率，即為瑞利散射。而當(dāng)光子和分子發(fā)生非彈性碰撞時，入射光子與分子的振動、轉(zhuǎn)動能級共振后以另一頻率出射光子，此為拉曼散射過程。瑞利散射和拉曼散射對應(yīng)的能級躍遷原理如圖 1-2 所示，E0、E1分別為物質(zhì)分子的基態(tài)和振動激發(fā)態(tài)。拉曼散射的兩種躍遷能量差 E=h（ν0- ν）和 E=h（ν0+ ν）分別對應(yīng)瑞利光譜兩側(cè) Stokes 和反 Stokes 拉曼譜線， ν 為拉曼位移，表示散射光和入射光間的頻率差。由于分子振動等導(dǎo)致的能級間的變化將在拉曼光譜中某些拉曼位移處顯現(xiàn)特征拉曼峰，由此，我們可以通過測得的拉曼峰位、峰寬、強(qiáng)度等信息來分析判斷出待測物質(zhì)的化學(xué)鍵、分子振動模式等信息。拉曼光譜檢測是一種簡單有效且無損待測物結(jié)構(gòu)的表征方法。激發(fā)虛態(tài)h(ν0-Δν)

再堆積來修飾金屬表面，而這種方法同樣適用于銅基非晶態(tài)合金[16]。Weaver 等人還用氧化還原循環(huán)法使金表面粗糙化，發(fā)現(xiàn)吸附在其表面的鹵化物、類鹵化物、含氧陰離子等都有明顯的拉曼增強(qiáng)效應(yīng)[17]。之后人們又將目光轉(zhuǎn)移到貴金屬納米顆粒作為拉曼增強(qiáng)襯底的研究中，常見的金屬襯底構(gòu)建模型主要有：金屬納米顆粒懸浮液、金屬納米顆粒固定于固體襯底、金屬納米顆粒直接被制造于固體襯底[18]。第一類主要是指貴金屬納米膠體中的拉曼增強(qiáng)效應(yīng)。Ameer 等人在腺嘌呤/R6G/金或銀納米顆�；旌夏z體溶液中加入 5%的 KCl 溶液以誘導(dǎo)納米顆粒聚集，測得的拉曼增強(qiáng)因子最高可達(dá)到 106[19]，相應(yīng) R6G/腺嘌呤與納米膠體混合前后的拉曼光譜如圖 1-3-a）所示。圖 b）中分別展示了在 638nm 和 785nm 波長激光激發(fā)下 0.4μM/4.5μM 濃度 R6G/腺嘌呤混合液（A）、R6G（A1）以及腺嘌呤（A2）吸附在金納米顆粒表面的拉曼增強(qiáng)情況，而銀納米顆粒在 638nm、785nm 和 532nm波長激發(fā)下的拉曼增強(qiáng)情況也分別展示在（B）-（C2）中。另外，LouisBrus 等人還發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)單分子 R6G 拉曼探測的襯底最少是由兩個尺寸的銀納米顆粒緊密聚集而成的[20]。圖 1-4a）、b）、c）分別展示了混合在 10mMNaCl 和 2nMR6G 溶液中不同尺寸的銀納米膠體顆粒的 AFM 圖片，d）圖為相應(yīng)的拉曼光譜。a)b)

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1 陳棟;吳偉成;談曉東;錢君超;宋也男;;基于拉曼增強(qiáng)的環(huán)境微量污染物監(jiān)測[J];化工設(shè)計通訊;2019年11期

2 ;中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所單細(xì)胞拉曼分選儀[J];中國科學(xué)院院刊;2018年11期

3 婁秀濤;徐連杰;;用外腔半導(dǎo)體激光獲取強(qiáng)熒光物質(zhì)的拉曼特征峰位[J];物理實驗;2017年02期

4 劉傳海;吳強(qiáng);張保勇;張強(qiáng);吳瓊;;CO_2-CH_4-N_2-TBAB水合分離體系的拉曼測試分析[J];黑龍江科技大學(xué)學(xué)報;2017年04期

5 赫·赫·舒爾茨;張佩芬;;羅拉曼[J];世界文學(xué);1990年02期

6 曾建生;;一個問號成就的輝煌[J];讀與寫(初中版);2017年03期

7 吳月華;;翡翠檢測中顯微拉曼技術(shù)的運(yùn)用[J];神州;2013年23期

8 程瓊森;;野心優(yōu)雅——拉曼恰[J];酒世界;2014年01期

9 王大明，郭振華;拉曼：土生土長的印度科學(xué)家[J];自然辯證法通訊;1994年01期

10 ;兩維拉曼成象[J];國外激光;1994年05期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 吳國禎;;從拉曼峰強(qiáng)到虛態(tài)、旋光拉曼的研究[A];第十九屆全國光散射學(xué)術(shù)會議摘要集[C];2017年

2 賀芙蓉;張魯凝;;一種新型拉曼光鑷探針在表面增強(qiáng)拉曼中的研究[A];中國化學(xué)會第30屆學(xué)術(shù)年會摘要集-第三十五分會：納米表征與測量[C];2016年

3 王麗冉;方炎;;吡啶羧酸分子存在狀態(tài)的紫外拉曼研究[A];第十三屆全國光散射學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2005年

4 樊海明;;金納米星的熒光和表面增強(qiáng)拉曼雙模態(tài)生物成像[A];第十七屆全國光散射學(xué)術(shù)會議摘要文集[C];2013年

5 馬波;張沛然;任立輝;張旭;單宇飛;;基于介電泳細(xì)胞捕獲識別的拉曼激活流式細(xì)胞分選系統(tǒng)[A];中國化學(xué)會第29屆學(xué)術(shù)年會摘要集——第02分會：分離分析及微、納流控新方法[C];2014年

6 吳世法;劉琨;李亞琴;潘石;;蛋白質(zhì)組近場拉曼分子指紋分析技術(shù)[A];中國蛋白質(zhì)組學(xué)第三屆學(xué)術(shù)大會論文摘要[C];2005年

7 趙金濤;徐存英;段云彪;張鵬翔;司民真;陸帆;李紅;謝虎;;顯微拉曼在致幻藥物中的應(yīng)用[A];第十一屆全國光散射學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2001年

8 陳勇;周瑤琪;;幾種鹽水溶液拉曼標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制[A];第十一屆全國光散射學(xué)術(shù)會議論文摘要集[C];2001年

9 閆文杰;李盼;王培杰;李志鵬;;激光合成銀納米復(fù)合結(jié)構(gòu)與拉曼快速檢測[A];第十八屆全國光散射學(xué)術(shù)會議摘要文集[C];2015年

10 李丹;李大偉;龍億濤;;基于循環(huán)電化學(xué)沉積和溶出法制備的新型表面增強(qiáng)拉曼活性基底[A];中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會第04分會場摘要集[C];2010年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 周瑾;印度新防長難啟國防新局[N];中國國防報;2017年

2 張玲 周廣科;電亮新農(nóng)村 幸福也拉曼[N];國家電網(wǎng)報;2015年

3 記者 師巧梅;也拉曼水庫將建高標(biāo)準(zhǔn)旅游區(qū)[N];新疆日報(漢);2011年

4 記者 張愎　實習(xí)記者 張嵐;賽思·卡拉曼：未來20年股市可能“零回報”[N];第一財經(jīng)日報;2011年

5 記者韋良俊;也拉曼水庫今日開工[N];阿勒泰日報;2010年

6 記者 張彥莉　彭文明;也拉曼水庫加緊建設(shè)[N];新疆日報(漢);2011年

7 鐵通公司網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行部工程師 汪兆輝;拉曼放大器“投身”DWDM系統(tǒng)[N];通信產(chǎn)業(yè)報;2004年

8 記者 龐文生;建議也拉曼建鎮(zhèn)[N];阿勒泰日報(漢);2012年

9 記者 龐文生;也拉曼村的新希望[N];阿勒泰日報(漢);2011年

10 記者 張輝;也拉曼旅游開發(fā)目光遠(yuǎn)大[N];阿勒泰日報(漢);2011年

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 祁正青;基于表面等離激元的選擇性拉曼增強(qiáng)特性研究[D];東南大學(xué);2019年

2 林俐;縫隙增強(qiáng)拉曼探針的制備、光學(xué)屬性和免疫檢測應(yīng)用[D];上海交通大學(xué);2018年

3 王聰;有機(jī)場效應(yīng)晶體管中電子過程的理論研究和原位拉曼光譜的表征[D];華南理工大學(xué);2019年

4 張雨晴;基于縫隙增強(qiáng)拉曼探針的腫瘤術(shù)中診治技術(shù)研究[D];上海交通大學(xué);2018年

5 王曉彬;基于拉曼高光譜成像技術(shù)的面粉添加劑檢測與識別方法研究[D];沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué);2018年

6 徐量;新型高速光纖傳輸系統(tǒng)中分布式光纖拉曼放大技術(shù)研究[D];華中科技大學(xué);2017年

7 張靜;基于單分子拉曼標(biāo)記和非天然氨基酸的蛋白特異性成像[D];華中科技大學(xué);2018年

8 魏勇;幾種典型納米結(jié)構(gòu)的表面增強(qiáng)拉曼與熒光過程的理論研究[D];燕山大學(xué);2018年

9 鄧遷;拉曼激光雷達(dá)水汽探測自標(biāo)定方法研究與全固態(tài)系統(tǒng)研制[D];中國科學(xué)技術(shù)大學(xué);2019年

10 王海鋒;新型二維材料的機(jī)械性質(zhì)、熱傳輸性質(zhì)以及拉曼振動研究[D];南京大學(xué);2017年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 徐浩;組織異變的拉曼光譜檢測及光纖拉曼探針設(shè)計[D];南京航空航天大學(xué);2019年

2 易康源;二維磁性材料CuCrP_2S_6的拉曼特性[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

3 王繼強(qiáng);AFM加工納米波紋結(jié)構(gòu)形成機(jī)理及拉曼檢測應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2019年

4 曾繁鈺;金屬基復(fù)合納米結(jié)構(gòu)拉曼增強(qiáng)基底的制備及其應(yīng)用研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

5 韋仲;便攜拉曼胃鏡探頭的研制及在胃粘膜疾病診斷的應(yīng)用評價[D];南方醫(yī)科大學(xué);2018年

6 楊金芳;基于級聯(lián)耦合腔的固體拉曼激光理論及初步實驗研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

7 尹菁;二硫化鉬檢測高靈敏度拉曼信號的機(jī)制研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2018年

8 黃敏;用于冷原子干涉的拉曼激光實驗研究[D];浙江大學(xué);2019年

9 畢亞麗;近共振增強(qiáng)的高分辨受激拉曼顯微成像及應(yīng)用研究[D];華中師范大學(xué);2019年

10 趙淑慧;新型表面增強(qiáng)拉曼基底的制備表征及應(yīng)用[D];中國計量大學(xué);2018年

本文編號：2832170