激光诱导金纳米棒图案化光纤SERS探针

作     者：王力 高士芳 孟路平 尚亮 史萌 刘广强 WANG Li;GAO Shi-fang;MENG Lu-ping;SHANG Liang;SHI Meng;LIU Guang-qiang

作者机构：山东省激光偏光技术重点实验室曲阜师范大学山东曲阜273165 

出 版 物：《光谱学与光谱分析》 (Spectroscopy and Spectral Analysis)

年 卷 期：2022年第42卷第11期

页      面：3454-3460页

核心收录：

学科分类：070207[理学-光学] 07[理学] 08[工学] 0803[工学-光学工程] 0702[理学-物理学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(51872161) 山东省自然科学基金面上项目(ZR2020MA080)资助 

主　　题：金纳米棒 激光诱导 FDTD 光纤探针 

摘      要：研究了激光诱导沉积制备光纤表面增强拉曼散射(SERS)探针,并对探针的SERS性能进行检测。探讨光纤探针制备过程中金纳米棒溶液的浓度对探针灵敏度的影响。结果表明,将不同浓度的金纳米棒溶液进行激光诱导,在光纤端面会形成金纳米棒团簇和分散两种纳米结构。金纳米棒溶液的浓度、激光功率、诱导时间等因素都会对诱导沉积图案产生影响。实验利用功率为5 mW的激光进行诱导,在1.5×10^(-9),1.0×10^(-9)和7.5×10^(10) mol·L^(-1)的金纳米棒溶液中,经5 min沉积,制备出不同图案的光纤SERS探针。采用晶种法合成金纳米棒,用透射电子显微镜(TEM)观察金纳米棒形貌,并根据TEM图像分析计算了合成金纳米棒的长径比约为3.8。用扫描电子显微镜(SEM)观察金纳米棒的形貌以及激光诱导沉积后的纤维修饰端形貌,7.5×10^(10) mol·L^(-1)的金纳米棒溶液进行激光诱导,金纳米棒在光纤端面分布较为分散,而1.5×10^(-9)和1.0×10^(-9) mol·L^(-1)的金纳米棒溶液进行激光诱导,光纤端面都有大量的金纳米棒聚集成团。以4-氨基苯硫酚(4-ATP)为样品分子,通过拉曼光谱对光纤探针的SERS性能进行检测;为了方便比较,选取了拉曼频移1079.972 cm^(-1)处的拉曼强度作图,结果表明,金纳米棒浓度为7.5×10^(10) mol·L^(-1)时,经激光诱导制备出的光纤探针性能较好。采用时域有限差分法(FDTD)模拟形成的图案的热点分布,进而解释了金纳米棒浓度为7.5×10^(10) mol·L^(-1)时制备的光纤探针性能较好的原因。为了检验光纤探针的重复性,将测试SERS光谱后的光纤浸入无水乙醇中24小时,使4-ATP充分溶解在酒精中,15天后,再次检测光纤探针的SERS检测性能,得到与之前检测同样的光谱图,证明得到的光纤SERS探针具有较强的可重复利用性。激光诱导制备光纤探针具有操作简单、成本低廉、探针制备时间短等优点,能够实现高灵敏度光纤SERS探针的重复、批量制备。