一种外嵌金属圆环的八角花纳米阵列拉曼增强基底及其制备方法

本发明涉及微细加工、激光拉曼检测，具体涉及一种外嵌金属圆环的八角花纳米阵列拉曼增强基底及其制备方法。

背景技术：

1、与块体材料相比，金属纳米结构由于具有优异的光学性质而受到了人们广泛的研究和关注。当光照射到金属纳米结构表面时，可以利用衍射效应进行波矢补偿从而激发表面等离激元共振效应，在金属纳米结构表面和介电间隙处产生强烈增强的电磁场，这在超分辨成像、生物/化学传感、光开关器件以及太阳能电池等领域具有广阔的应用。例如目前的表面增强拉曼散射传感器，通常是利用金属纳米结构的表面等离激元共振效应来获得分子放大的拉曼信号，从而分析吸附物的分子结构。

2、金属纳米结构的表面等离激元共振效应与金属粒子之间的介电间隙相关。研究发现（如期刊j. phys. chem. c, 2007年, 第111卷，17985-17988页），通过减小金属粒子之间的介电间隙，可进一步增强金属粒子间耦合，从而放大局域的电场强度，提高待测物的拉曼信号强度。然而金属粒子之间低于10 nm的均匀有序的介电间隙在纳米材料制备技术方面仍然比较困难。另一方面，金属纳米结构的表面等离激元共振效应与金属粒子的形状密切相关。研究发现 (如期刊rsc adv., 2017年,第7卷，49303-49308页)，金属纳米花结构能够激发表面等离激元共振从而产生强的电场增强，对罗丹明6g分子的拉曼信号检测极限可达到10

3、-10 m。然而，现有的金属纳米花结构中的介电间隙尺寸高于10 nm，难以实现10 nm以下的介电间隙，因此限制了拉曼信号灵敏度的进一步提高。

技术实现思路

1、本发明可以解决现有金属纳米花结构难以实现10 nm以下介电间隙，作为拉曼增强基底时检测极限不够低的问题，提供一种外嵌金属圆环的八角花纳米阵列拉曼增强基底及其制备方法。

2、本发明采用如下技术方案：

3、一种外嵌金属圆环的八角花纳米阵列拉曼增强基底的制备方法，包含以下步骤：

4、（1）在一干净的导电衬底上旋涂pmma正性光刻胶并干燥，依照klayout软件绘制的外嵌圆环的八角花纳米阵列图案对pmma光刻胶进行电子束曝光，曝光后置于显影液进行显影、定影并吹干，从而在光刻胶上制出外嵌圆环的八角花纳米孔洞阵列图案。

5、（2）将步骤（1）中获得的带有外嵌圆环的八角花纳米孔洞阵列图案的光刻胶的导电衬底放置在电子束蒸发镀膜设备的镀膜室，依次沉积铬膜和金膜或铬膜和银膜，铬膜作为金膜或银膜与导电衬底间的粘附层；将镀膜后的导电衬底置于丙酮溶液进行剥离，去除导电衬底上残留的光刻胶，同时光刻胶上面的金属也被去除，在导电衬底上得到外嵌金属圆环的八角花纳米阵列。

6、进一步地，所述金属八角花和金属圆环的形状尺寸以及金属八角花与金属圆环之间的间距可以通过调节绘制的八角花和圆环形状尺寸及间距进行调控。

7、进一步地，所述铬膜厚度为5~10 nm，金膜或银膜厚度为30~120 nm。

8、本发明的优点和有益效果：本发明采用微纳光刻技术对绘制的外嵌圆环的八角花纳米阵列图案进行电子束曝光，可在导电衬底上得到排列有序的纳米结构，金属圆环和八角花形状尺寸均匀性好，重复性高。通过减小绘制的圆环与八角花之间的间距，制得的外嵌金属圆环的八角花纳米阵列中金属圆环与八角花之间的介电间隙尺寸可达10 nm以下，促进了金属圆环与八角花之间表面等离激元共振耦合，强化了电场增强效果，作为拉曼增强基底时对罗丹明6g分子的拉曼信号检测极限低至10-12 m，具有更高的灵敏度，应用前景好。

技术特征：

1.一种外嵌金属圆环的八角花纳米阵列拉曼增强基底的制备方法，其特征在于，包含以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种外嵌金属圆环的八角花纳米阵列拉曼增强基底的制备方法，其特征在于，所述金属八角花和金属圆环的形状尺寸以及金属八角花与金属圆环之间的间距可以通过调节绘制的八角花和圆环形状尺寸及间距进行调控。

3.根据权利要求1所述的一种外嵌金属圆环的八角花纳米阵列拉曼增强基底的制备方法，其特征在于，所述铬膜厚度为5~10 nm，金膜或银膜厚度为30~120 nm。

技术总结
本发明公开了一种外嵌金属圆环的八角花纳米阵列拉曼增强基底及其制备方法，具体涉及微细加工、拉曼检测技术领域。该方法首先在导电衬底上旋涂光刻胶，然后利用光刻技术进行曝光、显影，在光刻胶上制出外嵌圆环的八角花纳米孔洞阵列图案，之后进行金属蒸发镀膜并剥离，去除导电衬底上残留的光刻胶和之上的金属，即得外嵌金属圆环的八角花纳米阵列。与常规的金属纳米粒子阵列相比，本发明构建的外嵌金属圆环的八角花纳米阵列结构中金属圆环与八角花之间的介电间隙可达10 nm以下，促进了八角花与圆环之间表面等离激元共振耦合，强化了电场增强效果，作为拉曼增强基底时对罗丹明6G分子的拉曼信号检测极限低至10<supgt;‑12 </supgt;M。

技术研发人员：赵元,李喜玉,唐莉,初斌华,张志峰
受保护的技术使用者：鲁东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/30