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摘 要

表面增强拉曼光谱（SERS）是一种强大的检测工具，它简便而且高效，在环境监测和科学研究的各个领域都能起到很大的作用。19世纪70年代在Fleischmann和他的同事Vanduyne等人发表的文章中第一次提到SERS，而最开始的研究，则是贵金属基底，金、银等基底均具有强大的增强效果，得到了许多人的重视，但是，贵金属也有成本高、稳定性差、生物相容性差的缺点，于是一部分人转而开始研究别的基底，这时，半导体基底便被开发出来，尤其是氧化钛（TiO₂），随着纳米技术的发展，可以制备高效而稳定的基底，更兼具生物相容性的优点，能用于生物医学的研究。不仅仅是金属与半导体，复合基底也被发掘，但是，有一个重要的问题始终无法解决，那就是SERS的增强机理，目前一共有两大猜想，分别是电磁场增强和化学增强，尽管为广大研究者所接受，但确切的结果仍未明朗，因此，对增强机理的探索十分重要。

本文先用离子交换法制备水合氧化钛，再用马弗炉以不同温度煅烧，制备四种不同温度下的TiO₂基底，并对它们陆续进行了SEM、XRD、荧光、拉曼表征，发现四种基底的形貌不同，晶型也随着温度变化而变化，而拉曼测试的结果也随温度变化而变化；随后，以亚甲基蓝和结晶紫为探针分子测试四种基底的SERS性能，进一步验证了基底的增强效果与其表观形貌有关，除此之外，探针分子本身，对增强效果也有一定的影响。

关键词：SERS 半导体 TiO₂ 增强机理

Study on SERS Performance of Titanium Titanate Prepared by Titanium Titanate

Abstract

Surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS) is a powerful detection tool that is simple and efficient and can play a significant role in all areas of environmental monitoring and scientific research. In the 1870s Fleischmann and his colleagues Vanduyne and others published articles for the first time mentioned SERS, and the beginning of the study, it is precious metal base, gold, silver and other substrates have a strong enhancement effect, get a lot However, some people turn to study the other base, then, the semiconductor substrate will be developed, especially titanium oxide (TiO₂), but also the development of the semiconductor substrate, With the development of nanotechnology, you can prepare efficient and stable substrate, but also the advantages of biocompatibility, can be used for biomedical research. Not only the metal and semiconductor, composite substrate is also being explored, but there is an important problem has always been unable to solve, that is, SERS enhance the mechanism, there are two conjectures, respectively, electromagnetic field enhancement and chemical enhancement, although for the majority of research , But the exact result remains unclear, so it is important to explore the mechanism of reinforcement.

In this paper, the hydrothermal titanium oxide was prepared by ion exchange method, and the TiO₂ substrates were prepared by calcination at different temperatures. The films were prepared by scanning electron microscopy (SEM), XRD, fluorescence and Raman characterization. The morphology of the substrate is different, and the crystal form also changes with the temperature change. The results of the Raman test also change with the temperature. Then, the SERS performance of the four substrates is tested with methylene blue and crystal violet as the probe molecule, and further verified The enhancement effect of the substrate is related to its apparent morphology. In addition, the probe molecule itself has a certain effect on the enhancement effect.

Key Words: SERS；semiconductor；TiO₂；enhancement mechanism

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 综述 1

1.1课题背景 1

1.1.1 SERS历史 1

1.1.2 SERS类型 1

1.1.3 SERS应用 3

1.2基底 4

1.2.1贵金属基底 5

1.2.2半导体基底 6

1.3本文研究思路及工作 7

第二章 实验与因素分析 9

2.1材料制备 9

2.1.1 实验试剂及仪器 9

2.1.2 实验流程 9

2.2 SERS实验 10

2.2.1 拉曼原理 10

2.2.2实验操作 11

2.2.3拉曼测试结果 11

2.2.4 增强因子计算 12

2.3 TiO₂性能表征并分析 13

2.3.1 SEM 13

2.3.2 XRD 15

2.3.3荧光 16

2.3.4探针分子 17

2.4本章小结 17

第三章 结论与展望 19

3.1结论 19

3.2展望 19

参考文献 20

致谢 22

第一章 综述

1.1课题背景

随着科技的发展和社会不断进步，人类的生活更加便捷，但是，如伦敦一般，工业发展势必带来阵痛，更多的问题也在同一时间频频曝出，食品安全威胁人身健康，产生新的疾病；环境污染危害地球生态，地沟油，毒奶粉，农药残留等等，还有臭名昭著的“癌症村”，周围工厂在生产大量GDP的同时，也使居民呼吸着有毒的空气，喝着有害的水。近年来，有关部门已经意识到了发展生产带来的危害，也在慢慢的改进当中，许多黑工厂都被关停整改，然而，纵使有相关部门在不断做出努力，犯罪分子的手段越来越高明，此时，有效的检测手段，成了解决诸多问题的一个突破口。

1.1.1 SERS历史

表面增强拉曼效应又被称为“SERS”，“Surface-enhanced Raman scattering”，它是由拉曼效应发展而来，1928年，印度科学家Raman发现了Raman散射效应。最初，Raman散射非常弱，，较难应用于实践当中，二十世纪六十年代，激光实现了应用，用激光代替日光和汞弧灯，Raman光谱的灵敏性取得了极大的增加。1974年，英国南安普顿大学Fleischmann等人首次发现了SERS现象^[1]，但是，他们当时误以为这种增强是由于银电极粗糙表面使接触面积增大而引起的增强Van Duyne等人认为，如果是表面积增大，那么增强的倍数未免过于惊人，于是，1977年，他们进行理论计算和实验论证，并发现这是一种新的增强效应，即SERS^[2]。

1.1.2 SERS类型

SERS被发现以后，许多研究都围绕其机理展开，但SERS体系的效应牵涉很广，含括了激发光、被测分子、基底之间复杂的相互作用，包括激发光的偏振方向

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