PDF《粒复合结构的光吸收谱 及增 强》

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10 -

3 Pa, 沉积速率0

03 nm / s, 氧气流量为5sccm. 采用晶体探头分别对Ag 及Al2 O3 薄膜的厚度进行在线监测.晶体探头根据理想连续薄膜的体密度计算得到沉积在其上的薄膜材料的等效薄膜厚度.光学吸收谱采用Shimadzu 公司UV3600 紫外可见近 红外分光光度计进行测量.表面形貌采用JEOL Rigaku 6700F 型扫描电子显微镜(SEM)观测.选用每升毫摩尔(10 -

3 mol / L)的罗丹明6G (R6G)(SIGMA R41275G )作为探针分子,采 用Bruker RFS

100 / S Fourier 红外Raman 光谱仪(FT Raman)进行Raman 散射光谱测量.由于其低的荧光干扰及光损伤作用,在生物探测方面具有更好的应用潜力[9, 17]. FTRaman 采用1064 nm 的激发光源,测试采用的光源强度为200 mW. 低能的红外激发光源虽然可降低荧光效应及对测试样品的光致损伤,但其最大的问题在于其Raman 散射信号强度远低于共聚焦Raman 散射信号强度,即探测灵敏度低.因此得到FTRaman 的增强效果即FTSERS 更具意义.3 结果与讨论为了解Al2 O3 介质薄膜层对纳米Ag 颗粒光学吸收特性及SERS 增益的影响,先在磷酸玻璃上预先沉积了不同厚度的Al2 O3 薄膜,以此与纳米Ag 颗粒组成复合薄膜结构.鉴于纳米Ag 颗粒光学吸收特性和SERS 增益均受Ag 颗粒形貌和间距的影响[13], Al2 O3 薄膜层的加入对纳米Ag 颗粒形貌是否会产生影响必须首先予以确定,以方便后续的讨论和分析.采用SEM 对在磷酸玻璃上制备的Ag, Al2 O3 及Al2 O3 / Ag 复合薄膜的表面形貌进行观测,结果分别如图1(a), (b)和(c)所示,放大倍数均为10 万倍.其中Ag 薄膜的等效厚度为17 nm,Al2 O3 薄膜的等效厚度为3nm. 从图1(a)中可以看出,采用蒸发方法制备的Ag 薄膜具有清晰的纳米颗粒状表面形貌,其颗粒呈不均匀分布.图1(b)显示采用反应热蒸发法制备的Al2 O3 薄膜非常平整,在10 万倍的放大倍数下难于观测到任何清晰的表面结构,从而保证了在其上沉积的纳米Ag 颗粒可保持与在玻璃上沉积的Ag 颗粒的一致性,如图1(c)与(a) 所示.在确定了Al2 O3 介质薄膜层的加入不会对纳米图1Ag, Al2 O3 及Al2 O3 上Ag 颗粒的SEM 结果(a)沉积于玻璃衬底上厚17 nm 的Ag, (b)沉积于玻璃衬底上厚3nm 的Al2 O3 , (c)玻璃衬底上预先沉积厚3nm 的Al2 O3 随后沉积的17 nm 厚的Ag Ag 颗粒的形貌造成影响后,再来关注纳米Ag 薄膜及Al2 O3 / Ag 复合薄膜的光学吸收特性.如图2所示,Al2 O3 薄膜在可见光及近红外区的吸收率几乎为零,即复合薄膜光学特性的改变源自于Al2 O3 介质薄膜对纳米Ag 颗粒光学特性的影响.1908 年Mie 通过将纳米颗粒的边界条件带入Maxwell 方程进行精确求解,实 现了对纳米球形颗粒的消光光谱(extinction)进行全面的描述[18]. 其中消光光谱包含散射与吸收两部分能量,并在100 多年之后依然在纳米金属颗粒的光谱分析中表现出很强的适用性[19, 20]. 从图2中可以看出,对于制备得到的纳米Ag 颗粒及复合薄膜结构均仅出现了偶极振荡模式(dipole plasmon resonance), 此时纳米金属颗粒的吸收及散射截面可表示为[18, 19]

4 期黄茜等:Al2 O3 薄膜/纳米Ag 颗粒复合结构的光吸收谱及增强Raman 散射光谱研究2755 σabs = - 8π

2 λ R3 Im(gd ), ( 1) σsca = 128π

5 3λ

4 R6 gd

2 , ( 2) gd = εAg - εm εAg + 2εm , ( 3) 图2复合薄膜结构的光学吸收谱(a)Ag 薄膜等效厚度为14 nm, (b)Ag 薄膜等效厚度为17 nm, Al2 O3 薄膜等效厚度分别为0, 1, 2,