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一维Cu/Ni核壳同轴纳米电缆的制备及其SERS性能研究

作　者: 陈高振
导　师: 张迎九
学　校: 郑州大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 表面增强拉曼散射(SERS) 阳极氧化铝(AAO)模板 Cu/Ni核壳纳米电缆阵列可控扩孔工艺分子探测
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

表面拉曼增强光谱(SERS)作为当今最灵敏的检测表面物质的光谱学技术之一,不但可以极大地增加吸附分子的拉曼信号强度,同时还能获得关于吸附分子的大量其他信息,现已被广泛地应用于诸多科学领域,尤其是在生命科学领域。SERS活性基底的获得是SERS技术应用的物质基础,因此高质量的SERS活性基底的制备一直是SERS技术研究的热点。同轴核壳电缆的特殊结构为SERS基底的制备提供了新的思路,并逐渐成为一种高性能的SERS活性基底材料而被广泛研究。本文以阳极氧化铝(AAO)为模板,采用电化学沉积法和可控扩孔技术制备了具有规则表面的新型SERS活性基底-Cu/Ni核壳结构同轴纳米电缆。对该活性基底进来了SERS测试,并对其相关的SERS机理进来分析。本文的具体研究内容和主要研究结论包括如下几个方面：1.通过改变多组实验条件,最终采用两步氧化法制备出符合实验要求的AAO模板。2.结合直流电化学沉积技术在AAO模板中制备出Cu、Ni纳米线,并对其各自的生长速率进行了探索。3.通过AAO模板的制备、电化学沉积Cu纳米线、对Cu/Al2O3复合结构进行扩孔处理工艺及电化学沉积环状Ni纳米层四个步骤制备出Cu/Ni核壳结构同轴纳米电缆,并对其进行了一系列表征测试。4.制成出Cu/Ni同轴纳米电缆SERS活性基底,对其SERS效应进行了相应的测试。发现Cu/Ni纳米电缆阵列基底对低浓度腺嘌呤溶液的SERS效应比CuNW、NiNW阵列基底更强烈,并对其SERS增强机理进行了详尽的分析。同时,发现Cu/Ni纳米电缆阵列基底对10-9M浓度的腺嘌呤仍然表现出明显的增强能力,说明Cu/Ni纳米电缆阵列活性基底在低浓度腺嘌呤分子探测方面显现更大的优势。综上所述,通过SERS光谱与核壳结构金属纳米电缆相结合可拓宽SERS的应用范围,将SERS光谱应用于过渡金属表面吸附物种的研究。同时结合过渡金属核壳纳米材料,SERS光谱技术有望成为研究过渡金属表面反应过程及生物检测的有效工具之一。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
1 绪论  11-26
  1.1 同轴纳米电缆的研究背景  11-20
    1.1.1 引言  11-12
    1.1.2 同轴纳米电缆简介  12
    1.1.3 同轴纳米电缆的制备方法  12-14
    1.1.4 各种制备方法特点比较分析  14-15
    1.1.5 AAO模板法合成同轴纳米电缆的机理  15-19
    1.1.6 同轴纳米电缆材料的应用  19-20
  1.2 表面增强拉曼光谱的发展  20-23
    1.2.1 表面增强拉曼散射发展简史  20-21
    1.2.2 SERS效应的特点  21
    1.2.3 SERS活性基底的制备方法  21-23
    1.2.4 SERS活性基底在生命科学中的应用  23
  1.3 课题意义、研究目的及内容  23-26
2 阳极氧化铝模板的制备及工艺优化  26-40
  2.1 引言  26
  2.2 多孔氧化铝的结构特征  26-27
  2.3 铝的阳极氧化原理  27-28
  2.4 多孔阳极氧化铝的形成机理  28-29
  2.5 有序多孔阳极氧化铝模板的制备工艺  29-33
    2.5.1 铝箔的预处理过程  30-31
    2.5.2 阳极氧化过程  31-32
    2.5.3 后处理过程  32-33
  2.6 AAO制备工艺条件探索  33-39
    2.6.1 改变电解液优化制备条件  34-35
    2.6.2 改变第一次氧化时间优化制备条件  35-37
    2.6.3 改变第二次氧化电压优化制备条件  37-39
  2.7 结论  39-40
3 电化学法制备一维金属纳米线及其表征  40-51
  3.1 金属纳米线的合成方法  40
  3.2 电化学模板法合成金属纳米线  40
  3.3 电化学模板法沉积铜纳米线  40-45
    3.3.1 Cu纳米线生长机理分析  43-44
    3.3.2 Cu纳米线生长速率探索  44-45
  3.4 电化学模板法沉积镍纳米线  45-49
    3.4.1 Ni纳米线生长机理分析  48
    3.4.2 Ni纳米线生长速率探索  48-49
  3.5 结论  49-51
4 Cu/Ni核壳纳米电缆的制备、表征及测试  51-63
  4.1 Cu/Ni核壳结构同轴纳米电缆的制备  51-54
    4.1.1 AAO模板的制备  52-53
    4.1.2 电化学沉积Cu纳米线  53
    4.1.3 对Cu/Al_2O_3复合结构扩孔  53-54
    4.1.4 电化学沉积环状Ni纳米层  54
  4.2 Cu/Ni核壳结构同轴纳米电缆的表征  54-60
    4.2.1 Cu/Ni核壳同轴纳米电缆的SEM表征  54-55
    4.2.2 Cu/Ni核壳同轴纳米电缆的EDS表征  55-57
    4.2.3 Cu/Ni核壳同轴纳米电缆的XRD表征  57
    4.2.4 Cu/Ni核壳同轴纳米电缆的AFM表征  57-58
    4.2.5 Cu/Ni核壳同轴纳米电缆的TEM表征  58-60
  4.3 Cu/Ni核壳纳米电缆的光吸收及光反射测试  60-61
  4.4 结论  61-63
5 Cu/Ni核壳纳米电缆的表面拉曼增强测试  63-73
  5.1 表面增强拉曼散射的机理简介  63-64
    5.1.1 电磁场增强(EM)理论  63-64
    5.1.2 化学增强(CT)理论  64
  5.2 Cu/Ni核壳纳米电缆阵列活性基底的制备  64-65
  5.3 Cu/Ni核壳纳米电缆阵列活性基底对腺嘌呤的探测  65-71
    5.3.1 CuNW、NiNW、Cu/Ni纳米阵列的SERS比较及分析  65-68
    5.3.2 Cu/Ni纳米阵列与腺嘌呤粉末的SERS比较及分析  68-70
    5.3.3 Cu/Ni纳米阵列探测低浓度腺嘌呤溶液得到的SERS效应  70-71
  5.4 结论  71-73
6 结论与展望  73-76
  6.1 结论  73-74
  6.2 展望  74-76
参考文献  76-81
致谢  81-82
在学期间发表的学术论文与研究成果  82

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