【摘要】：針尖增強(qiáng)拉曼光譜(Tip-enhanced Raman Spectroscopy,TERS)巧妙地結(jié)合了掃描探針顯微鏡(Scanning Probe Microscope,SPM)和表面增強(qiáng)拉曼光譜(Surface-enhanced Raman Spectroscopy,SERS),通過(guò)極尖銳的探針將包含樣品表面精細(xì)結(jié)構(gòu)信息的近場(chǎng)信號(hào)散射到遠(yuǎn)場(chǎng)接收,并利用在針尖附近形成的極大的局域電磁場(chǎng)增強(qiáng),獲得了突破衍射極限的高空間分辨率和高檢測(cè)靈敏度的光譜信號(hào);通過(guò)逐點(diǎn)掃描實(shí)現(xiàn)了表征物體表面形狀特點(diǎn)的形貌圖與表征分子結(jié)構(gòu)信息的拉曼光譜圖在空間上的對(duì)應(yīng)指認(rèn)。TERS技術(shù)的這些優(yōu)點(diǎn)使其在生物檢測(cè)、納米材料和表面科學(xué)等領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注并表現(xiàn)出巨大的發(fā)展?jié)摿�。然而目前大多�?shù)商用TERS儀器和實(shí)驗(yàn)室自制的TERS測(cè)試系統(tǒng)存在著結(jié)構(gòu)復(fù)雜、協(xié)調(diào)性差、光效率低、穩(wěn)定性不足、體積龐大及成本高等缺點(diǎn),限制了 TERS技術(shù)的廣泛應(yīng)用。因此,研制一種高靈敏度、高空間分辨率和高度協(xié)調(diào)的小型一體式的TERS儀器具有重要的研究意義和廣闊的應(yīng)用前景。本文從發(fā)展儀器的角度出發(fā),設(shè)計(jì)了一套針對(duì)小型一體式TERS儀器的光學(xué)系統(tǒng)。主要的創(chuàng)新工作在于TERS儀器光學(xué)系統(tǒng)的集成化和小型化,通過(guò)采取一系列行之有效的措施解決在小型化過(guò)程中面臨的檢測(cè)靈敏度及光譜分辨率下降的問(wèn)題。通過(guò)精簡(jiǎn)光學(xué)元件、縮短光路、將激發(fā)與收集光路和拉曼光譜儀光路直接耦合提高光學(xué)系統(tǒng)的光通量;通過(guò)改進(jìn)拉曼光譜儀結(jié)構(gòu),優(yōu)化各部分光路布局使整個(gè)光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊合理;通過(guò)引入白光照明與顯微成像光路使激光焦點(diǎn)、白光照明點(diǎn)以及信號(hào)收集點(diǎn)三者嚴(yán)格共焦,實(shí)現(xiàn)激光焦點(diǎn)、針尖與樣品的精確耦合;通過(guò)改良實(shí)驗(yàn)方法減少遠(yuǎn)場(chǎng)背景噪聲,提高TERS儀器的信噪比。該光學(xué)設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊,有利于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)分析,并且具有較高的檢測(cè)靈敏度和光譜分辨率。光學(xué)系統(tǒng)與商用STM針尖掃描頭構(gòu)成側(cè)向激發(fā)與收集模式TERS測(cè)試系統(tǒng),測(cè)得了 4-PBT(4'-(pyridine-4-yl)-bipheny l-4-yl)methanethiol)分子的TERS信號(hào)。下一步,該光學(xué)系統(tǒng)將與自行研制的專用STM掃描頭和協(xié)同控制電路組成一臺(tái)小型一體式的TERS儀器,從而推動(dòng)TERS技術(shù)走向?qū)嶋H應(yīng)用。
【學(xué)位授予單位】：廈門(mén)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH74
【圖文】：

■邐澛ａ邋秤口口逡逑圖１－３側(cè)向照明方式示意圖逡逑掃描隧道顯微鏡（ＳＴＭ）由Ｂｉｎｉｎｇ等人于１９８１年發(fā)明，它使人類第一次能夠逡逑實(shí)時(shí)地觀察單個(gè)原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)。ＳＴＭ利用隧道電流與針尖－樣品間逡逑距成指數(shù)關(guān)系的原理來(lái)獲得樣品表面的形貌圖，ＳＴＭ有兩種工作方式：一種是逡逑恒電流模式，在進(jìn)行樣品掃描時(shí)，針尖隨著樣品表面的起伏上下移動(dòng)，使針尖與逡逑樣品之間的距離始終保持不變，即隧道電流恒定，通過(guò)探測(cè)針尖高度的變化便可逡逑以獲得樣品表面的形貌圖；另一種是恒高模式，在進(jìn)行樣品掃描時(shí)針尖的高度始逡逑７逡逑

ｗ逡逑ＶｌV激發(fā)光逡逑Ａ邋＾散射光＾邋ａ邋樣品逡逑圖１－２近場(chǎng)照射遠(yuǎn)場(chǎng)收集方式示意圖逡逑無(wú)孔金屬探針逡逑激發(fā)光逡逑顯微物１逡逑Ｗ邋＼逡逑ｆ逡逑？：湊逡逑散射光逡逑邐■邐澛ａ邋秤口口逡逑圖１－３側(cè)向照明方式示意圖逡逑掃描隧道顯微鏡（ＳＴＭ）由Ｂｉｎｉｎｇ等人于１９８１年發(fā)明，它使人類第一次能夠逡逑實(shí)時(shí)地觀察單個(gè)原子在物質(zhì)表面的排列狀態(tài)。ＳＴＭ利用隧道電流與針尖－樣品間逡逑距成指數(shù)關(guān)系的原理來(lái)獲得樣品表面的形貌圖，ＳＴＭ有兩種工作方式：一種是逡逑恒電流模式，在進(jìn)行樣品掃描時(shí)，針尖隨著樣品表面的起伏上下移動(dòng)，使針尖與逡逑樣品之間的距離始終保持不變，即隧道電流恒定，通過(guò)探測(cè)針尖高度的變化便可逡逑以獲得樣品表面的形貌圖；另一種是恒高模式，在進(jìn)行樣品掃描時(shí)針尖的高度始逡逑７逡逑

效應(yīng)、避雷針效應(yīng)以及基底鏡像效應(yīng)［５９，６（）］。ＴＥＲＳ測(cè)量過(guò)程中，尖銳針尖被精確逡逑地控制在距樣品表面ｌｎｍ附近區(qū)域，入射激光以恰當(dāng)?shù)钠駹顟B(tài)和入射角度聚逡逑焦在針尖與樣品之間（如圖１－４所示），此時(shí)針尖可以視作一個(gè)具有極高功率密度逡逑的局域納米光源，使針尖正下方納米尺度空間內(nèi)樣品的拉曼信號(hào)得到極大地增強(qiáng)，逡逑并將該增強(qiáng)的拉曼信號(hào)散射到遠(yuǎn)場(chǎng)由顯微物鏡收集和光譜儀探測(cè)。ＴＥＲＳ在采譜逡逑的同時(shí)通過(guò)移動(dòng)針尖或樣品獲得樣品的表面形貌圖，使表征物質(zhì)結(jié)構(gòu)分布的拉曼逡逑光譜成像與顯示表面高低起伏的形貌像在空間上實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)指認(rèn)［５２，５８］，從而實(shí)現(xiàn)逡逑８逡逑Ｉ逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2806969