(19)国家知识产权局 (12)实用新型专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202122992046.4 (22)申请日 2021.12.01 (73)专利权人 中国人民解 放军32181部队 地址 050000 河北省石家庄市北新 街169号 (72)发明人 陈志斌　陈赵懿　秦梦泽　薛明晰　 王正军　 (74)专利代理 机构 石家庄国域专利商标事务所 有限公司 131 12 专利代理师 苏艳肃 (51)Int.Cl. G01N 21/65(2006.01) G01N 21/01(2006.01) (54)实用新型名称 纳米颗粒-超 材料正弦光栅多尺度近场耦合 的SERS基底 (57)摘要 本实用新型涉及一种纳米颗粒 ‑超材料正弦 光栅多尺度近场耦合的SERS基底， 其结构包括 SiO2基层、 位于所述SiO2基层上表面的超材料正 弦光栅以及附着在所述超材料正弦光栅上表面 的贵金属纳米颗粒层； 所述超材料正弦光栅包括 附着SiO2基层上并形成正弦光栅图案的光刻胶 衬层以及沉积在所述光刻胶衬层表 面的金属 ‑电 介质多层微纳结构； 所述金属 ‑电介质多层微纳 结构是由贵金属膜层与沉积在所述贵金属膜层 上的电介质膜层构成复合基层， 若干复合基层相 叠， 即形成金属 ‑电介质多层微纳结构。 本实用新 型灵敏度高， 加工简便， 一致性好， 稳定性强， 加 工难度低， 特别适合用于便携识别空气中存在的 痕量弹药等爆炸物的类型、 品种及其 “拉曼指 纹”。 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 CN 216594781 U 2022.05.24 CN 216594781 U 1.一种纳米颗粒 ‑超材料正弦光栅多尺度近场耦合的SERS基底， 其特征在于， 包括SiO2 基层、 位于所述SiO2基层上表面的超材料正弦光栅以及附着在所述超材料正弦光栅上表面 的贵金属纳米颗粒层； 所述超材料正弦光栅包括附着在Si O2基层上并形成正弦光栅图案的光刻胶衬层以及沉 积在所述 光刻胶衬层表面的金属 ‑电介质多层微纳结构； 所述金属 ‑电介质多层微纳结构是由贵金属膜层与沉积在所述贵金属 膜层上的电介质 膜层构成复合基层， 若干复合基层相叠， 形成金属 ‑电介质多层微纳结构。 2.根据权利要求1所述的纳米颗粒 ‑超材料正弦光栅多尺度近场耦合的SERS基底， 其特 征在于， 所述超材 料正弦光 栅的周期为 400nm~1000nm， 正弦振幅为20nm~100nm。 3.根据权利要求1所述的纳米颗粒 ‑超材料正弦光栅多尺度近场耦合的SERS基底， 其特 征在于， 所述贵金属纳米颗粒层中的贵金属纳米颗粒是金或银材料制备 的纳米颗粒， 纳米 颗粒的半径为3 0nm~50nm。 4.根据权利要求1所述的纳米颗粒 ‑超材料正弦光栅多尺度近场耦合的SERS基底， 其特 征在于， 所述复合基层为Au ‑Al2O3、 Ag‑Al2O3、 Ag‑Ge或Ag‑TiO2； 其中的贵金属膜层的厚度为 8nm~16nm， 电介质膜层的厚度为3nm~10nm。 5.根据权利要求1所述的纳米颗粒 ‑超材料正弦光栅多尺度近场耦合的SERS基底， 其特 征在于， 所述多尺度近场耦合包括纳米颗粒LSP与光栅表面SPP之间的近场耦合、 纳米颗粒 间LSP的近场耦合以及超材 料正弦光 栅中的各复合基层中相邻层的S PP近场耦合。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 216594781 U 2纳米颗粒 ‑超材料正弦光 栅多尺度近场耦合的SERS基底 技术领域 [0001]本实用新型涉及一种表面增强拉曼散射器件， 具体地说是一种纳米颗粒 ‑超材料 正弦光栅多尺度近场耦合的SERS基底。 背景技术 [0002]表面增强拉曼散射(SERS)技术是一种信息量大、 无标记的检测技术， 对特定的物 质有独特的光量子指纹的指纹峰， 并且可以将拉曼光谱信号强度放大108以上， 是目前研究 痕量物质探测的重要技 术手段。 [0003]设计研制出高灵敏度的SERS基底 是研究SE RS技术的关键因素之一。 理想的SERS基 底应具备灵敏度高、 检测速度快、 重复性好、 可持续探测、 加工难度低和方便携带等特征。 现 有的SERS基底大多只利用LSP近场增强原理， 以实现密度更大的热点， 很少有结合LSP和SPP 近场耦合增强的原理对SERS基底进行设计。 现有的纳米阵列结构SERS基底， 需要采用复杂 的加工工艺， 如电子束刻蚀等方法， 因而存在有灵敏度低、 一致性和稳定性不高的问题， 并 因加工的复杂性而限制了其使用。 实用新型内容 [0004]本实用新型的目的就是提供一种纳米颗粒 ‑超材料正弦光栅多尺度近场耦合的 SERS基底， 以解决现有SERS基底存在的灵敏度低、 一 致性和稳定性 不高的问题。 [0005]本实用新型是这样实现的： 一种纳米颗粒 ‑超材料正弦光栅多尺度近场耦合的 SERS基底， 包括SiO2基层、 位于所述SiO2基层上表面的超材料正弦光栅以及附着在所述超材 料正弦光 栅上表面的贵金属纳米颗粒层； [0006]所述超材料正弦光栅包括附着在SiO2基层上并形成正弦光栅图案的光刻胶衬层 以及沉积在所述 光刻胶衬层表面的金属 ‑电介质多层微纳结构； [0007]所述金属 ‑电介质多层微纳结构是由贵金属膜层与沉积在所述贵金属膜层上的电 介质膜层构成复合基层， 若干复合基层相叠， 即形成金属 ‑电介质多层微纳结构。 [0008]其中， 纳米颗粒层的作用是， 在入射光照射下， 激 发局域表面等离子共振 （LSP） ； 超 材料正弦光栅中的金属 ‑电介质多层微纳结构的作用是， 在入射光照耀下， 在各层微纳结构 的分界面激发表面传播 等离激元(SPP)， 所有电介质层中均存在电场增强效应。 [0009]LSP近场增强主要是纳米颗粒表面产生局域等离子共振， 导致局域电磁场增强； SPP近场增强主要是光栅激发的SPP， 导致光栅表 面电磁场增强； 纳米颗粒间的LSP耦合增强 为颗粒靠近时形成纳米二聚体， 二聚体缝隙中处近场相互耦合， 进一步增强二聚体缝隙电 磁场； 纳米颗粒LSP与光栅SPP耦合增强为纳米颗粒与光栅靠近时， 在两者之间的区域形成 热点， 近似为二聚体， SPP近场与LSP近场相互耦合， 进一步增强两者间区域电磁场； 超材料 相邻层SPP近场耦合增强为激发的SPP在介质层中发生耦合， 形成间隙表面等离极化激元， 超材料整体形成体等离极化激元 （BP P） ， 进一步增强超材 料光栅表面的S PP。 [0010]进一步地， 所述超材 料正弦光 栅的周期为 400nm~1000nm， 正弦振幅为20nm~100nm。说　明　书 1/4 页 3 CN 216594781 U 3