Sers基片的制作方法
【專利摘要】一種表面增強拉曼光譜法基片裝置，所述裝置包括底基片、含有金屬的單層或多層納米結構和等離子體涂層。所述納米結構金屬選自銀、金、鉑、銅、鈦、鉻和它們的組合。所述等離子體涂層的厚度為1-200nm，并且可位于納米結構層上或底基片上。所述等離子體涂層可精確控制表面特性，包括SERS裝置的表面能、親水性和接觸角，從而可幫助調節SERS基片以具有良好限定且均勻的水/油接觸角，帶有小的標準偏差。SERS基片的水接觸角可為20-140度。
【專利說明】SERS基片
[0001]相關申請的交叉引用
本申請要求2011年5月13日提交的美國專利申請序列號13/106965的優先權，其要求2011年5月14日提交的隨后共同待決的美國臨時專利申請序列號61/395,615的優先權。
【技術領域】
[0002]本發明總體上涉及材料科學、表面工程學、光譜學，更具體地，本發明涉及表面增強拉曼光譜法(SERS)。
[0003]背景
基于光學的傳感比起電子傳感具有若干主要的優點，因為光學傳感快速和精確地揭示化合物的光譜指紋，因此顯著簡化檢測過程并降低誤報。最有希望的光學傳感技術之一是表面增強拉曼光譜法(SERS)，其采用貴金屬納米結構來顯著增強拉曼信號。借助金屬納米結構，例如基于金或基于銀的納米基片，拉曼信號可增強IO4-1O8倍或甚至更高。該增強是由于產生空間局部化的表面等離子體激元共振(SPR)"熱點〃，其中得到電磁場的巨大局部增強。"熱點"在金屬結構上的位置取決于納米結構的幾何形狀、激發波長和光學場的極化。SERS可潛在地達到降至低的十億分率(ppb)的檢測限，并且在理論上降至單分子水平。因此，SERS在生物和化學傳感中越來越多地用作信號轉換機構。
[0004]用于表面增強拉曼光譜法(SERS)的最關鍵的要素之一是開發可使表面等離子體激元共振(SPR)活化的合適基片。原則上，金屬表面形貌的尖銳邊緣可在入射的激發激光誘導時產生SPR，因此產生巨大增強的信號電磁場，所述信號電磁場在圍繞金屬結構的高度局部化的光學場內出現。當設計適用于SERS應用的表面結構時，在支撐基片上構建的金屬島、細粒或顆粒的尺寸從幾納米到數微米變化。通常，納米尺度結構比起微米尺度結構具有諸多優點，因為由于強的空間限制效應，等離子體激元局部化變得在納米尺度上更加強化。當主體的尺寸降低時，它們的表面與體積長寬比提高。高的表面與體積比引起可在金屬表面附近納米級的距離內捕集的探針分子數量提高。
[0005]納米結構開發的當前成果可分類為直接方法或間接方法。直接方法包括直接操縱金屬以制備具有優選的微米或納米結構的金屬基片，而間接方法采用其它材料(例如陶瓷)來首先制備優選的微米或納米結構，隨后在這些結構上加入金屬。
[0006]然而，在制造SERS基片中存在技術和非技術的挑戰，這顯著妨礙SERS的商業應用。例如，大多數現有的SERS基片呈現不一致的活性，并且常見的問題是在基片制造過程中細微的變化可產生拉曼信號的顯著變化。這樣的不一致性使得定量或甚至半定量分析困難。
[0007]因此，需要具有良好受控的表面特性的更好的SERS基片，以在SERS分析中實現測量準確性和一致性。還需要提供新的和改進的制造方法，用于制造具有良好受控的表面特性的SERS基片。另外還需要開發新的和改進的SERS分析方案用于各種應用，例如食品安全、水安全、國土安全和其它領域。本發明的新技術解決這些需求。【專利附圖】
【附圖說明】
[0008]圖1A為根據本發明的一個實施方案，在底基片和由SERS活性金屬制成的不完全金屬納米結構層之間具有等離子體沉積層的SERS基片的側視圖。
[0009]圖1B為根據本發明的第二實施方案，在納米結構層上沉積有金屬涂層、在金屬涂層上沉積有另外的等離子體涂層的SERS基片的側視圖。
[0010]圖1C為根據本發明的第三實施方案，其上具有多個材料層的SERS基片的側視圖，所述多個材料層包括第一金屬涂層、納米結構層、第二金屬層和等離子體涂層。
[0011]圖2A為不完全單層納米顆粒的示例性納米結構層的SEM圖像。
[0012]圖2B為完全單層納米顆粒的示例性納米結構層的SEM圖像。
[0013]圖2C為雙層納米顆粒的示例性納米結構層的SEM圖像。
[0014]圖3為涂覆有金屬涂層的示例性納米結構層的SEM圖像。金屬涂層本身由金屬納米顆粒組成。
[0015]圖4為示例性SERS基片的SEM圖像，其具有納米結構層、在納米結構上的金屬涂層和在金屬涂層上的等離子體涂層。
[0016]圖5圖示說明等離子體納米涂層的水表面接觸角對氧流速的依賴性，其可應用于圖1A-1C，由具有不同氣體比率的三甲基硅烷(TMS)和氧的混合物得到。
[0017]圖6A圖示說明在具有第一接觸角和第一殘余物濃度的基片上的第一液滴。
[0018]圖6B圖示說明在具有第二接觸角和第二殘余物濃度的基片上的第二液滴。
[0019]圖6C圖示說明在具有第三接觸角和第三殘余物濃度的基片上的第三液滴。
[0020]圖7為在由較小的Au納米顆粒組成的Au薄膜的頂部具有Ag納米立方體層的SERS基片的SEM圖像。
[0021]詳細說明
為了促進理解本發明的原理和呈現其目前理解的最佳操作方式，現在參考在附圖中說明的實施方案，并且特定的用語將用于描述它們。然而，應理解的是，不旨在由此限制本發明的范圍，預期本發明所涉及領域的技術人員通常可以想到在說明的裝置中的這些改變和其它修改以及其中說明的本發明原理的其它應用。
[0022]該新技術涉及一種具有良好受控的表面化學性質和表面特性、結構、性質等的改進的SERS基片，其產生一致和可靠的SERS檢測。具體地，該新技術涉及物理和化學操縱SERS基片表面，以得到對分析物分子的表面化學吸附、液滴尺寸和溶劑蒸發過程的控制。特別是，將具有預定的表面特性(例如表面張力)的納米尺度薄涂層涂敷于SERS表面上，例如通過低溫等離子體沉積技術。納米涂層的表面特性(例如表面張力)可通過操縱等離子體化學性質或等離子體氣體組成來調節和控制，用于等離子體沉積。特別是，與任何特定分析物或分析物溶液的接觸角可在大的范圍內精確控制，具有小的特殊變化(標準偏差)。通過這樣的等離子體納米涂層的受控涂敷，SERS基片上的取樣體積和面積可由點到點和/或由基片到基片之間保持一致。結果是，可實現分析物分子在SERS基片上的一致化學吸收，并且可檢測到可靠和可再現的拉曼信號。
[0023]特別是，本發明的SERS基片包括SERS活性表面，其含有具有SERS活性金屬的納米結構和至少部分沉積在SERS表面之上或之下的等離子體涂層。可通過直接或間接方法獲得SERS表面。本發明的新基片的特征可為零維、一維或二維表面納米結構。新基片可包括任何粗糙化的表面、納米顆粒、納米聚集體、納米孔/納米圓盤、納米棒、納米線和/或它們的組合，以及微結構，例如涂覆有銀的微陣列和/或涂覆有金的微陣列。新的基片可包括由SERS活性金屬制成的多層微米和納米結構。在微米和納米結構的層之內和之間的相互作用可產生更多的熱點用于SERS增強。
[0024]根據本發明的新技術的一個實施方案，SERS表面可包括底基片和在所述底基片上沉積的金屬納米結構層。如圖1A所示,新的SERS基片10可包括底基片12和金屬納米結構層14’以及至少部分沉積在底基片12上的等離子體涂層20。納米結構層14’在等離子體層20上沉積。用于納米結構層14’的納米材料可為任何SERS活性金屬材料，例如銀、金、銅、鉬、鈦、鉻、它們的組合等。此外，納米結構層14’可采取任何形式，例如納米顆粒、納米聚集體、納米孔/納米圓盤、納米棒、納米線或它們的組合。基片12可為扁平的任何陶瓷、聚合物或金屬材料，并且還可提供足夠的機械支撐，例如硅、石英(結晶二氧化硅)、玻璃、氧化鋅、氧化鋁、石蠟膜、聚碳酸酯(PC)、它們的組合等。通常，基片12材料一般為惰性并且不與分析物反應和干擾SERS檢測。更通常，基片12材料具有簡單的拉曼光譜，具有很少的峰。等離子體涂層20通常由低溫氣體等離子體沉積，厚度為納米尺度(幾納米至幾百納米)。通過等離子體氣體選擇可控制和調節等離子體涂層20的表面化學性質和表面能。用于沉積等離子體涂層20的等離子體氣體通常為硅-碳、烴、碳氟化合物的氣體或蒸氣、它們的混合物以及它們與簡單的氣體(例如氧氣、氮氣、空氣、一氧化二氮、氨、二氧化碳、水蒸汽、氬氣、氦氣、它們的混合物等)的混合物。等離子體可在降低的壓力下或在I個大氣壓下通過各種等離子體源產生，所述等離子體源為(但不限于)直流電、交流電、音頻、具有連續波和脈沖波兩者的射頻能源。
[0025]根據本發明的新技術的另一個實施方案，新的SERS基片10可包括底基片12、納米結構層14、金屬涂層16和等離子體涂層20。圖1B說明實施方案的一種示例性設置。如圖1B所示，SERS基片10在具有納米結構層14和金屬涂層16的底基片12上形成，而納米結構層14在底基片12上沉積，并且金屬涂層16在納米結構層14上沉積。等離子體層20在金屬涂層16上沉積。納米結構層14可采用任何形式，例如納米顆粒、納米聚集體、納米孔/納米圓盤、納米棒、納米線或它們的組合。用于納米結構層14的材料可為任何陶瓷、聚合物和金屬材料。金屬涂層16可為具有均勻厚度的薄膜，為具有特定的納米粗糙度的薄膜，或者由較小的納米結構(例如納米顆粒)組成。用于金屬層16的材料可為任何SERS活性金屬材料，例如銀、金、銅、鉬、鈦、鉻、它們的組合等。基片12可為如上述關于圖1A的任何陶瓷、聚合物或金屬材料，并且等離子體涂層20可為如上述關于圖1A的任何材料。
[0026]根據另一個實施方案，新的SERS基片10可包括底基片12、第一金屬涂層16’、納米結構層14、第二金屬涂層16〃和等離子體涂層20。如圖1C所示，SERS表面10包括底基片12、第一金屬層16’、納米結構層14、第二金屬層16"和等離子體涂層，其中第一金屬層16’在底基片12上沉積，納米結構層14在第一金屬層16’上沉積，第二金屬層16〃在納米結構層14上沉積，隨后涂敷最后的等離子體涂層20。等離子體涂層20至少部分沉積在第二金屬層16〃上。第一金屬層16’和第二金屬層16〃可為相同或不同的SERS活性金屬材料。金屬涂層16’和16"可為具有均勻厚度的薄膜，為具有特定納米粗糙度的薄膜，或由較小的納米結構(例如納米顆粒)組成。用于金屬層16’和16〃的材料可為任何SERS活性金屬材料，例如銀、金、銅、鉬、鈦、鉻、它們的組合等。基片12可為如上述關于圖1A和圖1B的任何陶瓷、聚合物或金屬材料。等離子體涂層20可為如上述關于圖1A和圖1B的任何材料。
[0027]圖1A-C說明多層結構10的構造選項，其中等離子體涂層20可用于提供完全或不完全的基片覆蓋。此外，等離子體涂層20可存在于其它層14、16的頂部、底部或之間。納米結構14可同樣完全或不完全覆蓋基片12。除了起因于等離子體涂層20的增強的SERS靈敏度以外，對表面化學性質的控制、多層納米結構14的存在(例如在Au薄膜之上布置的Au納米顆粒14或由較小的Au納米顆粒形成的層)等也可組合以改進SERS增強因素。
[0028]圖1B和圖1C中的納米結構層14可由任何納米材料形成，例如納米顆粒、納米聚集體、納米孔/納米圓盤、納米棒、納米線或它們的組合。用于納米結構層14的材料可為任何陶瓷、聚合物和金屬材料。例如當納米結構層14采用非金屬納米顆粒時，納米結構層14可沉積為不完全單層、完全單層、雙層或多層的納米顆粒，如在圖2A-圖2C中說明的。圖2A-2C為在底基片12上沉積的SiO2納米顆粒的各種沉積圖案的SEM圖像(對于相應的特定實施方案，限定納米結構層14)。圖2A為SiO2納米顆粒14的不完全單層的SEM圖像，圖2B為單層SiO2納米顆粒14的SEM圖像，而圖2C為雙層SiO2納米顆粒14的SEM圖像。
[0029]金屬涂層16可為具有均勻厚度的薄膜，為具有特定納米粗糙度的薄膜，或由較小的納米結構(例如納米顆粒)組成。用于金屬層16的材料可為任何SERS活性金屬材料，例如銀、金、銅、鉬、鈦、鉻、它們的組合等。圖3為涂覆有濺射的Au涂層16的SiO2納米結構層14的SEM圖像。在該特定情況下，Au涂層16由Au納米顆粒組成，這也有助于SERS增強超出SiO2層14提供的納米結構以外。
[0030]等離子體涂層20通常存在于本發明的SERS基片10中，并且有助于產生期望的表面特性。圖4為示例性SERS基片10的SEM圖像，其中SiO2納米顆粒層14首先在Si片12上沉積，隨后涂覆Au涂層16，然后是涂覆等離子體涂層20。等離子體涂層20可使用任何方便的沉積方法(例如化學沉積)來沉積。例如，根據一個實施方案，低溫氣體等離子體為主要在降低的壓力下產生的部分電離的氣體并且含有高度反應性顆粒，包括電子激發的原子、分子、離子和自由基物類。取決于等離子體化學性質或氣體組成，這些高度反應性的等離子體物類可清潔和蝕刻表面材料和/或與各種基片結合，以形成納米尺度的等離子體涂層20的薄層。通過調節等離子體條件和/或等離子體化學性質，可在涂層厚度和表面特性(例如表面化學、表面能和表面親水性)方面控制該等離子體涂層20。等離子體涂層20厚度通常為約I nm-約200 nm,更典型的厚度為約I nm-約50 nm。
[0031]等離子體涂層20的表面能或表面親水性可用水接觸角表示，并且通過等離子體化學性質或等離子體氣體組成可控調節。較小的水接觸角相應于較親水(或者較不疏水)的表面,而較大的水接觸角指示較不親水(或者較疏水)的表面。例如，如圖5所示，得自三甲基硅烷和氧的混合物的等離子體涂層20的水接觸角可以從約100度至低于約40度可控地調節。
[0032]圖6說明水接觸角對含水液滴尺寸和液滴殘余物尺寸的影響。一般來說，不優選圖6A的情況，因為水溶液在SERS基片中鋪展并且液滴的尺寸可能并非可靠地可控，并且殘余物的濃度同樣難以預測。基片10的表面性質的這些不可控性和不可預測性使得SERS定量分析或甚至半定量分析困難。如圖6B和6C所示,在液滴具有基本相同體積的情況下,液滴殘余物具有不同的尺寸和濃度。考慮某些SERS基片僅能提供對于某些化學品的定量測量，例如10PPB-10PPM或1PPM-500PPM，重要的是控制殘余物中的分析物濃度。取決于分析物溶液的濃度，可選擇表面化學性質、表面能、水接觸角和/或親水性的優化條件。例如，為了提高在水溶液中分析物的檢測限，應使用具有高水接觸角的更疏水的表面，導致高的液滴殘余物濃度。作為另一個實例，為了提高在油溶液中分析物的檢測限，可選擇具有低水接觸角的更親水的表面，這導致油的高接觸角和高殘余物濃度。此外，有利的是使表面能或水接觸角橫跨SERS基片表面和在來自不同批次的不同SERS基片之間保持基本均勻，因為相同的接觸角或較小的標準偏差將導致相同或類似的殘余物濃度用于定量分析。因此，等離子體涂層20提供一種手段來預定表面特性，所述表面特性選自表面能、親水性和與分析物溶液的接觸角，以便對給定的能量源(激光類型)、給定的分析物和給定的溶劑等，控制、改變和優化SERS基片10。
[0033]等離子體涂層20的水接觸角通常為約O度(非常親水)_約170度(超疏水)，對于測量在水溶液中的痕量分析物，更通常為約80度-約140度，且對于有機溶液中的痕量分析物，約20度-約60度。對于具有20-60度水接觸角的表面，預期有機溶液的接觸角將超過90度。對于檢測具有相對高濃度的含水樣品，典型的接觸角可從超過80度的值降低至低于80度的值，并且對于檢測具有相對高濃度的有機樣品，典型的接觸角可從小于60度的值提高至大于90度的值。等離子體涂層20的受控的表面能或親水性可良好限定預選樣品體積的液體含水樣品面積，因此獲得相同樣品濃度的一致的拉曼信號。通過控制SERS基片的表面能或表面親水性，當有機溶劑用于制備樣品溶液時(例如應用基于油的溶液)，還可控制基片表面上預選樣品體積的接觸面積。在不含等離子體涂層的基片與含有等離子體涂層的基片之間，可比較水接觸角和檢測限，如表1所示。比較結果說明等離子體涂覆的SERS基片10具有更高的水接觸角、在基片上更好限定的樣品接觸面積，因此得到改進的檢測限度。此外，接觸角的標準偏差也隨著等離子體涂層而降低，這對于定量或半定量分析也是非常有益的，因為實際的測試面積在蒸發后具有更加恒定量的殘余物。具有等離子體涂層20的樣品在6英寸片上 顯示非常一致的結果，而不含等離子體涂層的樣品在6英寸片上不同的位置處顯示大得多的變化。
[0034]表1.含有和不含等離子體涂層的Au涂覆的SERS基片的水表面接觸角和檢測限:........................................................:::........:...............................................................]......:::::—:—:7............................................涵.............................................Al!涂龜的基片水搞録Λ ?標幕《I》.,
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實施例1:通過向水中加入預定量的SiO2或通過用水稀釋高的高度濃縮的SiO2的膠態懸浮液，可制備濃度為約0.5%-5%的SiO2納米顆粒(20-100 nm)的含水膠態懸浮液。磁力攪拌可用于實現二氧化硅納米顆粒的更好分散。SiO2納米顆粒膠態懸浮液的液滴可用于涂覆Si片，例如通過使用旋涂機。圖2A-2C分別顯示在Si片上形成不完全的二氧化硅納米顆粒單層、完全的SiO2納米顆粒單層和雙層SiO2納米顆粒涂層。在涂層過程之后，含有金納米顆粒(10-20 nm)的金涂層可涂敷于SiO2納米顆粒涂層上。圖3顯示Au納米顆粒涂覆的SiO2納米顆粒涂層的典型SEM圖像。Au涂層厚度通常可為10 nm-50 nm。在Au涂層沉積后，基片變得有SERS活性。接著，隨后在SERS活性納米基片之上涂敷具有2-50 nm的典型厚度的等離子體涂層。圖4顯示等離子體涂覆的SERS活性納米基片的典型SEM圖像。對于特定的激光波長，SiO2納米顆粒尺寸、Au涂層厚度和等離子體涂層的類型和厚度均可調整，以優化性能。等離子體涂層20可以不具有均勻的厚度，并且可以不得到Au金屬納米顆粒的完全覆蓋。
[0035]新的SERS基片的典型應用為食品安全應用。近來的食品安全事件，涉及被毒性三聚氰胺污染的牛奶和嬰兒配方，已引起消費者很大的關注。傳統的分析方法(例如HPLC)耗時并且勞動密集，而使用與新的SERS基片結合的SERS，可快速和精確地檢測食品中的三聚氰胺。檢測限可達到十億分率(PPB)水平。SERS測量時間通常短，通常在15分鐘內，這比傳統的方法快得多。
[0036]實施例2:圖7顯示多層SERS活性納米結構14的一個實施例。在玻璃基片上濺射第一層Au涂層16’，在Au涂覆的玻璃基片12上浸涂第二層Ag納米立方體14’。第二 Ag納米立方體涂層14’的覆蓋率可通過濃度和/或其它技術控制，并且還可經由旋涂技術涂敷Ag納米立方體14’。預期Au納米顆粒16’和Ag納米立方體14’可在不同的激光波長下最佳生效，并且可對不同的化學品敏感。與傳統的SERS基片或甚至具有相同金屬或金屬合金的均勻納米結構層的基片10相比，這樣的組合涂層可允許制造為獨特的和增強的性能和靈敏度作調整的SERS基片10。此外，不同的納米結構16’、14’可彼此相互作用以提高增強因素，例如通過在納米結構的不同層14’、16’之間產生熱點。例如，如果頂部和底部層14’、16’具有顯著不同尺寸的納米結構和/或限定顯著的尺寸差距(通常比較小的大10nm或大30%)，兩個層14’、16’可相互作用，以顯著提高SERS靈敏度并且還對不同的激光波長生效。
[0037]雖然已在附圖和前述說明中詳細說明和描述了本發明，但其在性質上應視為說明性而不是限制性的。應理解的是，在前述說明中已顯示和描述了實施方案，以滿足最佳方式和實現要求。應理解的是，本領域普通技術人員可容易對上述實施方案進行近似無窮數量的非實質變化和修改，并且試圖在本說明書中描述所有這些實施方案變化是不切實際的。因此，應理解的是，期望保護進入本發明的精神內的所有這些變化和修改。
【權利要求】
1.一種用于促進SERS分析的裝置，所述裝置包含: 第一基片； 在所述第一基片上布置的多個納米結構，以限定納米涂覆的表面；和在所述第一基片上布置的等離子體沉積層，所述沉積層至少部分接觸所述納米涂覆的表面。
2.權利要求1的裝置，其中所述納米結構由選自金、銀、鉬、鈦、鉻、二氧化硅和它們的組合的材料制成。
3.權利要求1的裝置，所述裝置還包含覆蓋至少一些所述納米結構的金屬涂層。
4.權利要求1的裝置，其中所述納米涂覆的表面至少部分涂覆有第一金屬層。
5.權利要求4的裝置，其中所述納米涂覆的表面至少部分涂覆有第二金屬層。
6.權利要求4的裝置，其中所述第一金屬層選自銀、金、鉬、銅、鈦、鉻和它們的組合。
7.權利要求5的裝置，其中所述第一金屬層選自銀、金、鉬、銅、鈦、鉻和它們的組合，并且其中所述第二金屬層選自銀、金、鉬、銅、鈦、鉻和它們的組合。
8.權利要求1的裝置，其中所述等離子體沉積層小于約200nm厚。
9.權利要求1的裝置，其中所述等離子體沉積層小于約50nm厚。
10.一種表面增強拉曼光譜法裝置，所述裝置包含: 底基片; 至少部分沉積在所述底基片之上的等離子體涂層；和 至少部分在所述等離子體涂層之上的納米結構涂層。
11.一種表面增強拉曼光譜法裝置，所述裝置包含: 底基片; 至少部分覆蓋所述底基片的納米結構層； 至少部分沉積在所述納米結構層之上的金屬納米結構涂層；和 至少部分沉積在所述第一基片上的所有納米結構之上的等離子體沉積層。
12.—種表面增強拉曼光譜法裝置，所述裝置包含: 底基片; 與所述底基片操作連接的第一金屬納米結構涂層； 至少部分沉積在所述第一金屬納米結構層之上的納米結構層； 至少部分沉積在所述納米結構層之上的第二金屬納米結構涂層；和 至少部分沉積在所述底基片上的所有納米結構之上的等離子體沉積層。
13.權利要求12的裝置，其中所述等離子體沉積層小于約100nm厚。
14.權利要求12的裝置，其中所述等離子體沉積層小于約50nm厚。
15.權利要求12的裝置，其中所述納米結構層還包含: 在所述底基片上布置的多個間隔的納米結構； 在所述間隔的納米結構之間布置的等離子體涂層。
16.權利要求12的裝置，其中所述等離子體沉積層的水接觸角為約80-約140度。
17.權利要求12的裝置，其中所述等離子體沉積層的水接觸角為約20-約60度。
18.權利要求12的裝置，其中所述等離子體沉積層的水接觸角為約60-約90度。
19.一種表面增強拉曼光譜法基片裝置，所述裝置包含:基片; 在所述基片上布置的多個納米結構，以限定納米結構層； 至少部分沉積在所述納米結構層之上的金屬涂層；和 至少部分覆蓋所述納米結構層的等離子體沉積層； 其中所述納米結構層包括尺寸跨約20-約200納米的多個特征； 其中所述金屬涂層由以下至少之一制成:金、銀、鉬、鈦、鉻、二氧化硅和它們的組合； 其中所述金屬涂層為至少約10納米厚； 其中所述等離子體沉積層小于約100納米厚；和 其中所述等離子體沉積層的水接觸角為約20-約140度。
20.權利要求19的表面增強拉曼光譜法基片裝置，所述裝置還包含至少部分覆蓋所述底基片的第二金屬層。
21.一種用于SERS(表面增強拉曼光譜法)分析的裝置，所述裝置包含: 限定SERS活性金屬納米結構的陣列的SERS活性表面，其中所述納米結構選自粗糙化的表面、納米顆粒、納米聚集體、納米孔/納米圓盤、納米棒、納米線、涂覆有導電金屬的微陣列，和它們的組合；和 至少部分沉積在所述SERS活性表面上的等離子體涂層。
22.權利要求21的裝置，其中所述等離子體涂層的厚度為約Inm-約200 nm ;且其中所述等離子體涂層提供一種手段來預定表面特性，所述表面特性選自表面能、親水性和與分析物溶液的接觸角。
23.權利要求21的裝置，其中所述金屬納米結構在所述等離子體涂層和基片之間布置。
24.權利要求23的裝置，其中所述等離子體涂層部分覆蓋所述金屬納米結構。
25.權利要求21的裝置，其中金屬納米結構選自銀、金、鉬、銅、鈦、鉻和它們的組合。
26.權利要求21的裝置，其中所述金屬納米結構選自被金屬膜覆蓋的非金屬納米結構，其中所述金屬選自銀、金、鉬、銅、鈦、鉻和它們的組合。
27.權利要求21的裝置，其中所述相應的金屬納米結構各自還包含: 由包括金屬、聚合物和陶瓷的組制成的納米結構基片；和 涂覆所述納米結構基片的薄的金屬膜層，其中所述薄的金屬膜選自銀、金、鉬、銅、鈦、鉻和它們的組合。
28.權利要求21的裝置，其中所述等離子體涂層布置在多個SERS活性結構的層之間，以用作限定它們之間距離的間隔物。
29.權利要求21的裝置，所述裝置還包括多個金屬納米結構層，其中所述金屬納米結構層彼此相互作用，以提高SERS靈敏度。
30.權利要求29的裝置，其中相應的金屬納米結構層包括不同的相應金屬。
31.權利要求2 9的裝置，其中預定每一個相應的金屬納米結構層的組成，用于不同的相應激光波長；且其中預定每一個相應的金屬納米結構層的構造，用于對不同化學品的靈敏度。
32.一種用于表面增強拉曼光譜法分析的裝置，所述裝置包含: 第一基片；沉積在所述第一基片上并且限定多個金屬納米結構層的SERS活性表面；和 至少部分沉積在所述SERS活性表面上的等離子體涂層； 其中所述納米結構選自粗糙化的表面、納米顆粒、納米聚集體、納米孔/納米圓盤、納米棒、納米線、涂覆有導電金屬的微陣列，和它們的組合。
33.一種用于促進SERS分析的裝置，所述裝置包含: 第一基片； 布置在所述第一基片上的等離子體沉積層；和 布置在所述等離子體沉積層上并且部分覆蓋所述等離子體沉積層的多個納米結構。
34.一種SERS分析設備，所述裝置包含: 基片; 布置在所述基片上并且限定納米材料層的多個金屬納米顆粒； 與所述納米材料層操作連接并且基本上覆蓋所述納米材料層的等離子體涂層。
35.一種SERS裝置，所述裝置包含: 底基片; 與所述底基片操作連接的多個納米材料層，每一個相應的層限定多個金屬納米顆粒; 與所述底基片操作連接的多個等離子體涂層； 其中相應的納米材料層與相應的等離子體涂層交替。
【文檔編號】G01J3/44GK103842785SQ201180072268
【公開日】2014年6月4日 申請日期:2011年11月22日 優先權日:2011年5月13日
【發明者】李 浩, 林孟師, 俞青松 申請人:李 浩, 林孟師, 俞青松