一種拉曼增強襯底的制作方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)為一種拉曼增強襯底的制作方法。本發(fā)明專利技術(shù)將基底（無機襯底）放入等離子體化學(xué)氣相沉積系統(tǒng)中的生長區(qū)域，通入含有碳元素的反應(yīng)源氣體，控制反應(yīng)源氣體的氣壓值為0.01Torr?760Torr；控制基底溫度在300?1200℃，開等離子體電源，設(shè)定等離子體功率為1?1000W，使反應(yīng)源氣體分子裂解，活性基團在等離子體的作用下發(fā)生反應(yīng)，在基底表面，生成石墨烯量子點，通過調(diào)控生長溫度和生長時間，制備不同尺寸的石墨烯量子點拉曼增強襯底。在所制備的拉曼增強襯底表面滴需要檢測分子的溶液，通過激光拉曼儀器，測得高靈敏的拉曼增強信號。本發(fā)明專利技術(shù)制備的拉曼增強襯底，無污染，靈敏度高，可大面積制備，制備步驟簡單容易實現(xiàn)。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于拉曼增強襯底制作
，具體涉及一種拉曼增強襯底的制作方法。
技術(shù)介紹
拉曼光譜作為表征分子振動能級的特征光譜，在物理學(xué)、 化學(xué)、生物學(xué)等領(lǐng)域一直具有重要的地位。拉曼光譜與共焦顯微技術(shù)結(jié)合，不僅可以實現(xiàn)對樣品的光譜探測，還可以實現(xiàn)對生物樣品的三維可視化研究。但是由于普通拉曼散射信號強度比較低，而且容易被某些基底熒光淹沒，因此檢測難度較大。直到1974 年，F(xiàn)leischmann 等人于對光滑銀電極表面進行粗糙化處理后,首次獲得吸附在銀電極表面上單分子層吡啶分子的高質(zhì)量的拉曼光譜。但Fleishmann認為這是由于電極表面的粗糙化，電極真實表面積增加而使吸附的吡啶分子的量增加引起的，而沒有意識到粗糙表面對吸附分子的拉曼光譜信號的增強作用。1977年，Van Duyne和Creighton兩個研究組各自獨立地發(fā)現(xiàn)，吸附在粗糙銀電極表面的每個吡啶分子的拉曼信號要比溶液中單個吡啶分子的拉曼信號大約強106倍，指出這是一種與粗糙表面相關(guān)的表面增強效應(yīng),被稱為SERS 效應(yīng)。表面增強拉曼散射(SERS)的發(fā)現(xiàn)，提高了基底與分子間的能量轉(zhuǎn)移，避免了熒光背景的干擾，使拉曼散射光譜檢測的精度產(chǎn)生了飛躍，在生物化學(xué)、生物物理和分子生物學(xué)等方面得到了廣泛的應(yīng)用。最早用于拉曼增強的襯底主要以金、銀、銅三種金屬和少數(shù)極不常用的堿金屬(如鋰、鈉等)為主，因為這些金屬具有強的拉曼增強效應(yīng),而金、銀、銅以外的金屬體系在拉曼增強方面的研究長期沒有取得具有實際意義的進展。并且，金、銀、銅金屬表面必須經(jīng)過粗糙化處理之后才具有高拉曼增強活性,因此，金銀銅除了價格昂貴之外，就是制作程序比較復(fù)雜，同時不同金屬的增強效率差別比較大，因此尋找更好的表面拉曼增強襯底材料至關(guān)重要。石墨烯是由碳原子組成的只有一層原子厚度的二維晶體。2004年，英國曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫，成功從石墨中分離出石墨烯，證實它可以單獨存在。2011年，北京大學(xué)的團隊嘗試用機械剝離的石墨烯作為表面拉曼增強的襯底材料，成功的探測到熒光分子的拉曼峰，這也進一步說明石墨烯可以應(yīng)用在拉曼增強方面。鑒于此，由于剝離的石墨烯面積比較小，層數(shù)不好控制，我們采用等離子體化學(xué)氣相沉積方法生長石墨烯的量子點，量子點相對于石墨烯來說由于尺寸比較小，這樣會引入更多的邊界，可能會進一步提高石墨烯與探測分子的相互作用，進而提高拉曼增強效率。實驗結(jié)果也進一步證明量子點在拉曼增強方面的效率要高于剝離的石墨烯，而且這種基于石墨烯量子點的拉曼增強襯底更容易制作。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于提供一種制作簡單、生長速率高、質(zhì)量好的拉曼增強襯底的制作方法。本專利技術(shù)提供了制備石墨烯拉曼增強襯底的方法，使用等離子體化學(xué)氣相沉積（PECVD）設(shè)備，其主要包括電感耦合系統(tǒng)的線圈（等離子體產(chǎn)生）、生長管式爐以及真空泵部分。制備的具體步驟如下：(1)清洗基底，去除基底表面的雜質(zhì)和有機物；(2)在步驟（１）所得基底表面生長石墨烯量子點：把將步驟(1)得到的中清洗過的基底放入等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備腔體中的生長區(qū)域中，采用等離子體化學(xué)氣相沉積方法，通入含有碳元素的反應(yīng)源氣體，控制反應(yīng)源氣體的氣壓值為0.01 Torr-760 Torr；同時使基底升溫至生長溫度300-1200℃，當基底溫度升高到生長溫度時，開啟等離子體電源，控制等離子體功率為1-1000W，使反應(yīng)源氣體裂解，含有碳元素的活性基團在等離子體的作用下發(fā)生反應(yīng)，在基底表面生成石墨烯量子點；(3)取需要探測分子的溶液，滴在步驟(2)所得長有石墨烯量子點的基底上；需要探測分子的溶液的加入量為10μL,濃度介于10-3-10-11 Mol/L 之間；(4)對步驟(3)中的樣品做拉曼表征。本專利技術(shù)中，步驟（１）中所述基底為無機襯底，具體為：氧化硅/硅、二氧化硅、藍寶石或玻璃等中任一種。本專利技術(shù)中，步驟(2)中所述反應(yīng)源氣體為含有碳元素的氣態(tài)分子或蒸汽，具體為：所述氣態(tài)分子為甲烷、乙烯、或乙炔等中任一種，所述蒸汽為乙醇蒸汽。本專利技術(shù)中，步驟(2)中所述反應(yīng)源氣體的氣壓值為0.1Torr-10Torr。本專利技術(shù)中，所述步驟(3)中需要探測分子為熒光染料分子如羅丹明，吡啶，紫晶，ppp，酞菁分子等中任一種。本專利技術(shù)中，控制等離子體功率為10-100W。本專利技術(shù)利用等離子體氣相加強化學(xué)氣相沉積（PECVD）設(shè)備在無機襯底制作石墨烯量子點拉曼增強襯底，其原理是，反應(yīng)源氣體在加熱到特定溫度以上時，在等離子體的作用下，分解成含有碳氫的基團和氫氣，這種物質(zhì)擴散到生長襯底區(qū)域，在等離子體的共同作用下，沉積在襯底表面，形成石墨烯量子點。本專利技術(shù)區(qū)別于其他拉曼增強襯底之處在于：(1)制作方法簡單;(2)對環(huán)境無污染；(3)價格低廉；(4)批量生長。這種新方法制備的石墨烯拉曼增強襯底對拉曼檢測技術(shù)具有很大的推動作用。附圖說明圖1：采用等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備在不同溫度下生長石墨烯量子點拉曼增強襯底的掃描探針顯微鏡圖片，標尺500 nm。其中，（１）、（２）、（３）、（４）和（５）圖為生長溫度分別是605℃、615℃、620℃、625℃和635℃五個溫度下，生長時間10 min，等離子體功率20 W情況下的掃描探針顯微鏡圖。（６）為生長溫度與石墨烯量子點的尺寸大小以及成核密度之間的關(guān)系圖。圖2： 石墨烯量子點的X射線光電子能譜圖。其中：（１）為石墨烯量子點的X射線光電子能譜全譜圖，（２）為石墨烯量子點的C 1s譜圖。圖3：與圖1對應(yīng)石墨烯量子點的拉曼峰和滴有羅丹明溶液之后的拉曼峰對比圖。其中：（１）為不同溫度下生長的石墨烯量子點的拉曼光譜圖，（２）為不同溫度下生長的石墨烯量子點的滴有羅丹明溶液之后的拉曼光譜圖。圖4：(1)不同濃度的羅丹明分子滴在石墨烯量子點表面的拉曼光譜圖；(2)羅丹明溶液濃度稀釋到10-8Mol/L時，比較明顯的羅丹明拉曼峰。圖5：采用等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備在10W等離子體功率下下生長石墨烯量子點拉曼增強襯底的掃描探針顯微鏡圖片。圖6：采用等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備在100W等離子體功率下下生長石墨烯量子點拉曼增強襯底的掃描探針顯微鏡圖片。具體實施方式下面通過實施例結(jié)合附圖進一步說明本專利技術(shù)。實施例 1：(1)選取硅基氧化硅基底作為生長基底，用超聲的方法依次用丙酮、乙醇和異丙醇清洗生長基底，去除基底表面的雜質(zhì)和有機物。(2)把硅基氧化硅基底放入等離子體化學(xué)氣相沉積腔體中的生長區(qū)域，抽真空到10-3Torr，通入甲烷氣體，基底升溫到605℃-635℃。控制甲烷氣體的氣壓值在0.12 Torr。當基底溫度升高到605℃-635℃時，開等離子體電源，功率20W，甲烷氣體裂解程含碳氫基團以及氫氣，這些碳氫活性基團在等離子體的作用下發(fā)生反應(yīng)，在邊緣連接，在基底表面，按照成核-長大的方式，生成石墨烯量子點，經(jīng)過10 min，在氧化硅襯底上生長石墨烯量子點，見附圖1。其中（１）、（２）、（３）、（４）和（５）圖為生長溫度分別是605℃、615℃、620℃、625℃和635℃五個溫度下，生長時間10 min，等離子體功率20 W情況下的掃描探針顯微鏡圖，（６）為生長溫度與石墨烯量子點的尺寸大小以及成核密度之間的關(guān)系圖。(3)對所生長的石墨烯量子點做X射線光電本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種拉曼增強探測襯底的的制作方法，其特征在于，具體步驟如下：(1)清洗基底，去除基底表面的雜質(zhì)和有機物；(2)在步驟（１）所得基底表面生長石墨烯量子點：將步驟(1)得到的中清洗過的基底放入等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備腔體中的生長區(qū)域中，采用等離子體化學(xué)氣相沉積方法，通入含有碳元素的反應(yīng)源氣體，基底升溫控制在300?1200℃，控制反應(yīng)源氣體的氣壓值為0.01Torr?760?Torr；同時使基底升溫至生長溫度300?1200℃，當基底溫度升高到生長溫度時，開啟等離子體電源，控制等離子體功率范圍在為1?1000W之間，使反應(yīng)源氣體裂解，含有碳元素的活性基團在等離子體的作用下發(fā)生反應(yīng)，在基底表面生成石墨烯量子點；(3)取需要探測分子的溶液，滴在步驟(2)所得長有石墨烯量子點的基底上；需要探測分子的溶液的加入量為10μL,濃度介于10?3?10?11?Mol/L?之間；(4)對步驟(3)中的樣品做拉曼表征。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種拉曼增強探測襯底的的制作方法，其特征在于，具體步驟如下：(1)清洗基底，去除基底表面的雜質(zhì)和有機物；(2)在步驟（１）所得基底表面生長石墨烯量子點：將步驟(1)得到的中清洗過的基底放入等離子體化學(xué)氣相沉積設(shè)備腔體中的生長區(qū)域中，采用等離子體化學(xué)氣相沉積方法，通入含有碳元素的反應(yīng)源氣體，基底升溫控制在300-1200℃，控制反應(yīng)源氣體的氣壓值為0.01Torr-760 Torr；同時使基底升溫至生長溫度300-1200℃，當基底溫度升高到生長溫度時，開啟等離子體電源，控制等離子體功率范圍在為1-1000W之間，使反應(yīng)源氣體裂解，含有碳元素的活性基團在等離子體的作用下發(fā)生反應(yīng)，在基底表面生成石墨烯量子點；(3)取需要探測分子的溶液，滴在步驟(2)所得長有石墨烯量子點的基底上；需要探測分子的溶液的加入量為1...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：魏大程，劉冬華，王振，李孟林，
申請(專利權(quán))人：復(fù)旦大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：上海;31