基于氧化石墨烯与金纳米棒复合基底SERS性能的检测研究
表面增强拉曼散射(SERS)技术在超微量的大分子检测方面有着极大的潜力。自从1974年被人们发以来，它被广泛的应用于医学检测、食品安全、环境安全和生物化学领域。根据 SERS的增强机理可知，其核心的应用领域是作为微流控芯片的增强基底。而这种增强基底的研究要点主要包含两个方面：一个方面是金属纳米粒子的制备，使电磁场增强；另一方面是制备复合材料，从而将化学增强机制与电磁场增强机制结合，使 SERS性能大大的提高。截至目前，关于增强基底的研究，已经从最初贵金属纳米粒子的单一材料发展到了复合材料。随着石墨烯新型产业的快速发展，以石墨烯为基底的复合材料进入到人们的研究视野中。基于目前的研究现状，本文以氧化石墨烯/金纳米棒为基底，并从理论与实验两方面对复合基底的SERS性能进行了深入系统的研究。 本文利用 FDTD solution有限元多物理场建模软件仿真了单个金纳米粒子(AuNR)与氧化石墨烯(GO)薄膜构成的复合基底的电场增强分布特性；双AuNRs与GO薄膜的复合基底的电场增强分布和光源的偏振对于复合基底的电场增强分布的影响。本文对 AuNR/GO/SiO2复合基底的电场仿真表明，在金纳米棒的长度固定为114 nm的条件下，改变金棒的横向直径，当长径比是4.3时，复合基底的电场增强最强，达到4500，其SERS增强因子达到2x107。对于双金纳米棒与氧化石墨烯的复合基底，分别选择金纳米棒端面对端面、边对边、端面对边三种模型进行仿真。其结果表明：端面对端面的模型会形成电磁场增强的热点，并在端面间距是1nm时，电场增强最强，达到3×104，其SERS增强因子达到109。除此之外，当光源的偏振沿着金纳米棒的长边垂直入射时，电场增强最强。而当偏振方向垂直于径向边时，则电场增强最弱。 实验部分采用了种子生长的方法制备金纳米棒溶胶，将具有表面拉曼散射活性的AuNRs同GO溶液混合。通过控制金纳米棒的尺寸、用量，抽滤得到不同的氧化石墨烯/金纳米棒(GO/AuNRs)的复合薄膜。利用透射电子显微镜、扫描电子显微镜、紫外-可见光光谱仪对所制得的 GO/AuNRs复合材料进行了表征和分析，并且采用拉曼光谱研研究GO/AuNRs复合基底的表面增强拉曼散射效应。结果表明，结合了金纳米棒与氧化石墨烯两种材料各自SERS研究与应用中的优势，GO/AuNRs复合基底的SERS性能能够对芳香烃类大分子物质起到信号增强的作用。以罗丹明B(RhB)为探针分子验证其拉曼增强效应，在超微量浓度时依然具有较强的拉曼信号，平均增强因子达到3000。因此将具有高分散性、高稳定性的氧化石墨烯片层负载金纳米棒溶胶，可作为 SERS活性检测基底，可用于生物分子，医学领域的快速检测。
表面增强拉曼散射;氧化石墨烯;金纳米棒;有限元软件
太原理工大学
硕士
测试计量技术及仪器
翟爱平
2017
中文
TB383;O657.37
77
2018-03-09（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）