為應(yīng)對食品中非法添加致癌染料羅丹明B（RhB）的檢測難題，傳統(tǒng)色譜、質(zhì)譜等方法雖準(zhǔn)確但存在操作繁瑣、成本高且難以實(shí)現(xiàn)快速現(xiàn)場微量檢測的局限。表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）技術(shù)因具備高靈敏度與分子“指紋”識(shí)別能力，為痕量分析提供了新途徑。Flexfilm探針式臺(tái)階儀可以實(shí)現(xiàn)表面微觀特征的精準(zhǔn)表征與關(guān)鍵參數(shù)的定量測量，精確測定樣品的表面臺(tái)階高度與膜厚，為材料質(zhì)量把控和生產(chǎn)效率提升提供數(shù)據(jù)支撐。

本研究通過溶膠-凝膠法結(jié)合光還原反應(yīng)，成功在玻璃襯底上構(gòu)建了ZnO/Au復(fù)合薄膜SERS活性基底。該基底利用ZnO薄膜的粗糙表面負(fù)載Au納米顆粒，通過電磁與化學(xué)協(xié)同增強(qiáng)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了對低濃度RhB（10?? M）的高效檢測。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)Au濃度為3.0 g·L?1時(shí)，薄膜在620、1355、1502及1646 cm?1等特征峰處表現(xiàn)出最優(yōu)拉曼信號(hào)增強(qiáng)效果，為開發(fā)快速、靈敏且低成本的食品安全檢測平臺(tái)提供了可行的材料解決方案。

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實(shí)驗(yàn)方法

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ZnO/Au復(fù)合薄膜基底制作流程

試劑與儀器

實(shí)驗(yàn)所用化學(xué)試劑均為分析純。采用X射線衍射儀分析晶體結(jié)構(gòu)，掃描電子顯微鏡觀察表面形貌，臺(tái)階儀測定薄膜厚度，激光顯微拉曼光譜儀進(jìn)行SERS測試。

ZnO薄膜的制備

以二水合乙酸鋅為前驅(qū)體，乙二醇甲醚為溶劑，乙醇胺為穩(wěn)定劑，經(jīng)加熱回流得到均勻溶膠。采用旋涂法在玻璃襯底上涂覆薄膜，經(jīng)干燥、退火處理后得到厚度約50 nm的ZnO薄膜。

ZnO/Au復(fù)合薄膜的制備

將ZnO薄膜浸入不同濃度的氯金酸溶液中，在紫外光照射下發(fā)生光還原反應(yīng)，使Au3?還原為Au納米顆粒并沉積于薄膜表面，制備一系列不同Au負(fù)載量的ZnO/Au復(fù)合薄膜。

SERS性能測試

以RhB為探針分子，將復(fù)合薄膜浸入10?? M RhB溶液中吸附后取出干燥，在532 nm激光激發(fā)下采集拉曼光譜，評估其增強(qiáng)性能。

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結(jié)果與討論

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結(jié)構(gòu)表征

ZnO薄膜的XRD譜圖

XRD圖譜顯示，薄膜在2θ=31.8°、34.4°、36.3°等處出現(xiàn)衍射峰，與六方纖鋅礦結(jié)構(gòu)ZnO標(biāo)準(zhǔn)卡片（JCPDS No.36-1451）吻合，表明制備的ZnO薄膜結(jié)晶良好，無雜質(zhì)相，擇優(yōu)取向?yàn)椋?01）面。

形貌與成分分析

ZnO薄膜與ZnO/Au復(fù)合薄膜的掃描電鏡圖像（a）25k倍下ZnO薄膜（b）100k倍下ZnO薄膜（c）25k倍下ZnO/Au復(fù)合薄膜（d）50k倍下ZnO/Au復(fù)合薄膜（e）50k倍下ZnO/Au復(fù)合薄膜中放大的Au納米顆粒

EDS元素分析面分布圖（a,b）ZnO薄膜（c）ZnO/Au復(fù)合薄膜掃描電鏡圖（d,e,f）ZnO/Au復(fù)合薄膜

SEM圖像顯示ZnO薄膜由納米級(jí)顆粒緊密堆積而成，表面粗糙度高。沉積Au后，可見Au納米顆粒附著于ZnO表面，但存在一定團(tuán)聚現(xiàn)象。EDS面掃描分析證實(shí)Zn、O元素分布均勻，Au信號(hào)主要集中于顆粒團(tuán)聚區(qū)域。

薄膜厚度分析

ZnO/Au復(fù)合薄膜臺(tái)階儀測試結(jié)果

臺(tái)階儀測試數(shù)據(jù)

臺(tái)階儀測試結(jié)果顯示薄膜厚度約為50 nm，與預(yù)期制備參數(shù)一致。

SERS性能分析

ZnO/Au復(fù)合薄膜的拉曼顯微成像

ZnO與不同濃度Au納米顆粒復(fù)合薄膜檢測RhB的拉曼譜圖（a）Au濃度分別為1.5、2.0、2.5、3.0 g·L?1（b）Au濃度分別為2.0、3.0、4.0、5.0 g·L?1（c）不同Au顆粒濃度下RhB的三維拉曼譜圖（d）不同濃度金納米顆粒在620、1355、1502和1646 cm?1處對應(yīng)強(qiáng)度的折線圖

所有ZnO/Au復(fù)合薄膜均對RhB表現(xiàn)出明顯的SERS增強(qiáng)效應(yīng)。隨著Au濃度從1.5 g·L?1增至3.0 g·L?1，特征峰強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)；繼續(xù)提高Au濃度至5.0 g·L?1，增強(qiáng)效果反而下降。這表明適量Au負(fù)載有利于形成更多SERS“熱點(diǎn)”，而過量Au會(huì)導(dǎo)致顆粒團(tuán)聚加劇，降低增強(qiáng)效率。其中，Au濃度為3.0 g·L?1時(shí)，薄膜在620、1355、1502、1646 cm?1等特征峰處信號(hào)最強(qiáng)，增強(qiáng)效果最佳。

本研究成功制備了ZnO/Au復(fù)合薄膜，并系統(tǒng)分析了其結(jié)構(gòu)與SERS性能。結(jié)果表明，該復(fù)合薄膜對痕量RhB具有顯著拉曼信號(hào)增強(qiáng)作用，且在Au濃度為3.0 g·L?1時(shí)性能最優(yōu)。該方法工藝簡單、成本較低，具備大面積制備潛力，為開發(fā)高性能SERS基底提供了可行方案，在環(huán)境監(jiān)測、食品安全等痕量檢測領(lǐng)域具有應(yīng)用前景。

Flexfilm探針式臺(tái)階儀

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在半導(dǎo)體、光伏、LED、MEMS器件、材料等領(lǐng)域，表面臺(tái)階高度、膜厚的準(zhǔn)確測量具有十分重要的價(jià)值，尤其是臺(tái)階高度是一個(gè)重要的參數(shù)，對各種薄膜臺(tái)階參數(shù)的精確、快速測定和控制，是保證材料質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率的重要手段。

• 配備500W像素高分辨率彩色攝像機(jī)
• 亞埃級(jí)分辨率，臺(tái)階高度重復(fù)性1nm
• 360°旋轉(zhuǎn)θ平臺(tái)結(jié)合Z軸升降平臺(tái)
• 超微力恒力傳感器保證無接觸損傷精準(zhǔn)測量

費(fèi)曼儀器作為國內(nèi)領(lǐng)先的薄膜厚度測量技術(shù)解決方案提供商，Flexfilm探針式臺(tái)階儀可以對薄膜表面臺(tái)階高度、膜厚進(jìn)行準(zhǔn)確測量，保證材料質(zhì)量、提高生產(chǎn)效率。

#臺(tái)階儀#復(fù)合薄膜#SERS#金納米顆粒

原文參考：《ZnO/Au復(fù)合薄膜的制備及SERS性能的研究》

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