具有高灵敏度的新型可拉伸表面增强拉曼散射基底:基于石墨烯和金纳米粒子

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表面增强拉曼散射(SERS)是基于表面等离子体共振引起的局域电磁场增强和激光、基底与吸附物质之间化学相互作用两种原理,增强微弱拉曼信号而实现痕量甚至单分子探测的技术。石墨烯由于其优异的物理性质而被广泛用于柔性电子器件,如柔性储能器件、力学传感器件、化学探测与分析等。但是,无论是传统的基于金属纳米颗粒的SERS基底,还是基于新型二维电子材料/金属纳米材料的SERS复合基底,低延展性一直未能将“SERS技术”和“柔性”这两个重要特性真正地融合起来。缺乏对SERS基底在机械形变特别是拉伸应变时,拉曼信号增强性能的系统研究,这对于SERS技术的应用存在很大的限制。

近期,中山大学光电材料与技术国家重点实验室汤子康教授团队与澳门大学、香港中文大学合作,设计并构筑了一种基于褶皱石墨烯(WG)和沉积在褶皱石墨烯上的金纳米颗粒(Au NPs)的复合SERS基底。该复合SERS基底具有高延展性和高灵敏度。石墨烯中的褶皱结构使得石墨烯乃至复合SERS基底具有更高的延展性,而通过电子束蒸镀法沉积在褶皱结构的石墨烯表面的Au NPs可以提供更多的“热点”,使得电磁场进一步增强。WG和Au NPs的协同作用,使得这种复合SERS基底能探测到浓度低至10-9 M的分子。更重要的是,该SERS基底在高达50%的拉伸应变下仍然可以稳定工作,痕量分子探测性能没有明显的下降。他们的研究还发现,该复合SERS基底还具有同时识别多种被检测物的能力,并可以根据SERS基底拉伸变形时的拉曼信号的变化,识别被检测物质。

同时具有高延展性和可变识别度的WG/Au NPs复合SERS基底,不但可用于不规则表面上进行的化学检测分析,更突出的是它的可变识别度和实现多分析物检测的能力,在水污染物的探测、药物监控和农作物农药残留的探测和分析等方面的实际应用中有着很大的潜力。

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相关论文Synergistic Effects of Wrinkled Graphene and Plasmonics in Stretchable Hybrid Platform for Surface-Enhanced Raman Spectroscopy发表在Advanced Optical Materials上(Adv. Optical Mater. 2017, 5, 1600715),并被选为该期内封面。第一作者是博士研究生陈文骏,桂许春副教授和汤子康教授是该论文通讯作者。

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