表面增强拉曼散射课件
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• 其结果是纳米材料的声、光、电、磁、热、 力学等性能将异于普通材料。
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7
小尺寸效应
例如，铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电； 绝缘的二氧化硅颗粒在20纳米时却开始导电。
利用这一特性，可以高效率地转变太阳能为热 能、电能。
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8
宏观量子隧道效应
微观粒子具有的能够贯穿势垒的能力称为隧道 效应。
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10
量子限域效应
例如，有种金属纳米粒子吸收光线能力非常强， 在1.1365千克水里只要放入千分之一这种粒子， 水就会变得完全不透明。
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11
纳米材料分类及应用
• 纳米材料分为： • 纳米粉末 纳米纤维 • 纳米膜 纳米块体
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12
纳米材料分类及应用
• 纳米粉末：粒度一般在100nm以下。介于原子、 分子与宏观物体间的中间物态的固体颗粒材料。
表面增强拉曼散射 SERS
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1
目录
• 一、纳米颗粒概述及SERS相关历史 • 二、SERS原理 • 三、SERS仪器 • 四、SERS应用 • 五、SERS前景
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2
一、纳米颗粒概述及SERS相关历 史
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3
一、纳米颗粒概述及SERS相关历史
• 纳米材料:
• 广义上是三维空间中至少有一维处于纳米尺度 范围或者由该尺度范围的物质为基本结构单元 所构成的材料的总称。
1923年A.G.S.斯梅卡尔从理论上预言了频率发 生改变的散射。
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15
拉曼散射历史
海森堡在1925年预言，在可见光中可能也会 有类似的效应存在。
1923年，拉曼和他的助手发现一种“荧光”效应。 以太阳光为光源，观察它穿过蒸馏水的散射线， 并在入射光路中加一个紫色滤光镜，未料观察 到一种较通常的散射线波长有微弱变化的二次 射线，他们将此种微弱射线归结为某种“荧光” 现象。
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16
拉曼散射历史
• 但是 • 他们不敢轻易下结论，因为这种现象太弱了。
• 之后，他们找到了将荧光分离出来的一种手 段，用屋顶上的定日镜把太阳光送进实验室， 经汇聚照到实验样品上，入射光路与出射光路 分别放置一对互补滤色镜。
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拉曼散射历史
• 结果发现，穿过样品的散射光通过滤光镜后 并未完全消失，还能观测到暗淡的光线。
•Jeanmaire, D. L.; Van Duyne, R. P. J. Electroanal. Chem. 1977, 84, 1.
•Albrecht, M. G.; Creighton, J. A. J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 5215.
文章中，他们报道了吸附在用电化学方法粗糙 化的银电极表面的吡啶分子在不同电位下的拉 曼光谱，表明了拉曼光谱能与电化学方法联用 而测得吸附在电极表面的分子的信息。
• 纳米材料特性：
•
表面效应 小尺寸效应
• 宏观量子隧道效应 量子限域效应
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4
表面效应
指纳米颗粒表面原子数与总原子数之比随粒径 变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
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表面效应
•
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小尺寸效应
• 当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德 布罗意波长等物理特征尺寸相当或更小时，纳 米微粒的周期性边界将被破坏。
• 之后，改进试验装置，用大孔径聚光器、汞弧 灯及滤光片获得了较强的单色光。1928年2月 28日下午，观察液体散射光谱时，观察到汞弧 灯中没有的若干谱线，在拍摄的光谱照片上还 证实了散射光不仅有红移，还有蓝移。
来自百度文库
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拉曼散射历史
• 然而由于当时还未出现关于激光的应用，因此 三十年代至六十年代，拉曼散射的研究处于一 个低潮时期，主要的原因来自激发光源太弱的 问题。
纳米粒子可以穿过宏观系统的势垒而产生变化， 这被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。
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量子限域效应
又称量子尺寸效应，当粒子的尺寸达到纳米量 级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂 成分立能级。
当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、 光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料 的量子效应。
• 1960 年，红宝石激光器的出现，使得拉曼散
• 射的研究进入了一个全新时期。由于激光器的 单色性好，方向性强，功率密度高，用它作为
• 激发光源，大大提高了激发效率。
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SERS的发现
•Fleischmann, M. et. Al., Chem. Phys. Lett. 1974, 26, 163
• 纳米块体：将纳米粉末高压成型或控制金属液 体结晶而成。
• 可用于：超高强度材料；智能金属材料等。
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拉曼散射历史
1905年，爱因斯坦提出了光电效应的光量子 解释。
1922年9月，拉曼在《光的分子衍射》一书中 最后提到，如果散射过程能够被看作光量子和 散射分子之间的碰撞，他将有与经典的电磁理 论所预期的不同的结果。
• 当时给出解释为：样品中含有某些杂质，激 发出荧光。
• 这种解释被大多数实验否定。
1. 在80多种不同的、经过精心提纯的液体样品 中无一例外的存在着；
2. 在甘油样品实验中，这种现象更为明显，并 且最后的出射线已被极化，成了偏振光。
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拉曼散射历史
• 拉曼和助手把此现象与克拉姆斯——海森堡的 色散理论相联系，称之为“分子散射”。经过5 年的研究，1928年2月16日，向science投稿。
•由此便开启了拉曼散PP射T学习这交流一现象的全新应用：
21
参考文献
• 1.纳米颗粒
• 2.戈丹,千舒.震惊世界的100个科学发现(下).呼 和浩特：内蒙古人民出版社,2007.
• 3.Fleischmann, M. et. Al., Chem. Phys. Lett. 1974, 26, 163
• 纳米纤维：直径为纳米尺度的线状材料。 • 可用于：微导线、微光纤新型激光或发光二极
管材料等。
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纳米材料分类及应用
• 纳米膜：颗粒膜、致密膜。颗粒膜是纳米颗粒 粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致 密膜是膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。
• 可用于：气体催化、过滤器、高密度磁记录材 料、光敏材料、平面显示器、超导材料等。
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小尺寸效应
例如，铜颗粒达到纳米尺寸时就变得不能导电； 绝缘的二氧化硅颗粒在20纳米时却开始导电。
利用这一特性，可以高效率地转变太阳能为热 能、电能。
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宏观量子隧道效应
微观粒子具有的能够贯穿势垒的能力称为隧道 效应。
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量子限域效应
例如，有种金属纳米粒子吸收光线能力非常强， 在1.1365千克水里只要放入千分之一这种粒子， 水就会变得完全不透明。
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纳米材料分类及应用
• 纳米材料分为： • 纳米粉末 纳米纤维 • 纳米膜 纳米块体
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纳米材料分类及应用
• 纳米粉末：粒度一般在100nm以下。介于原子、 分子与宏观物体间的中间物态的固体颗粒材料。
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目录
• 一、纳米颗粒概述及SERS相关历史 • 二、SERS原理 • 三、SERS仪器 • 四、SERS应用 • 五、SERS前景
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一、纳米颗粒概述及SERS相关历 史
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一、纳米颗粒概述及SERS相关历史
• 纳米材料:
• 广义上是三维空间中至少有一维处于纳米尺度 范围或者由该尺度范围的物质为基本结构单元 所构成的材料的总称。
1923年A.G.S.斯梅卡尔从理论上预言了频率发 生改变的散射。
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拉曼散射历史
海森堡在1925年预言，在可见光中可能也会 有类似的效应存在。
1923年，拉曼和他的助手发现一种“荧光”效应。 以太阳光为光源，观察它穿过蒸馏水的散射线， 并在入射光路中加一个紫色滤光镜，未料观察 到一种较通常的散射线波长有微弱变化的二次 射线，他们将此种微弱射线归结为某种“荧光” 现象。
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拉曼散射历史
• 但是 • 他们不敢轻易下结论，因为这种现象太弱了。
• 之后，他们找到了将荧光分离出来的一种手 段，用屋顶上的定日镜把太阳光送进实验室， 经汇聚照到实验样品上，入射光路与出射光路 分别放置一对互补滤色镜。
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拉曼散射历史
• 结果发现，穿过样品的散射光通过滤光镜后 并未完全消失，还能观测到暗淡的光线。
•Jeanmaire, D. L.; Van Duyne, R. P. J. Electroanal. Chem. 1977, 84, 1.
•Albrecht, M. G.; Creighton, J. A. J. Am. Chem. Soc. 1977, 99, 5215.
文章中，他们报道了吸附在用电化学方法粗糙 化的银电极表面的吡啶分子在不同电位下的拉 曼光谱，表明了拉曼光谱能与电化学方法联用 而测得吸附在电极表面的分子的信息。
• 纳米材料特性：
•
表面效应 小尺寸效应
• 宏观量子隧道效应 量子限域效应
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表面效应
指纳米颗粒表面原子数与总原子数之比随粒径 变小而急剧增大后所引起的性质上的变化。
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5
表面效应
•
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6
小尺寸效应
• 当纳米微粒尺寸与光波波长，传导电子的德 布罗意波长等物理特征尺寸相当或更小时，纳 米微粒的周期性边界将被破坏。
• 之后，改进试验装置，用大孔径聚光器、汞弧 灯及滤光片获得了较强的单色光。1928年2月 28日下午，观察液体散射光谱时，观察到汞弧 灯中没有的若干谱线，在拍摄的光谱照片上还 证实了散射光不仅有红移，还有蓝移。
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拉曼散射历史
• 然而由于当时还未出现关于激光的应用，因此 三十年代至六十年代，拉曼散射的研究处于一 个低潮时期，主要的原因来自激发光源太弱的 问题。
纳米粒子可以穿过宏观系统的势垒而产生变化， 这被称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。
PPT学习交流
9
量子限域效应
又称量子尺寸效应，当粒子的尺寸达到纳米量 级时，费米能级附近的电子能级由连续态分裂 成分立能级。
当能级间距大于热能、磁能、静电能、静磁能、 光子能或超导态的凝聚能时，会出现纳米材料 的量子效应。
• 1960 年，红宝石激光器的出现，使得拉曼散
• 射的研究进入了一个全新时期。由于激光器的 单色性好，方向性强，功率密度高，用它作为
• 激发光源，大大提高了激发效率。
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SERS的发现
•Fleischmann, M. et. Al., Chem. Phys. Lett. 1974, 26, 163
• 纳米块体：将纳米粉末高压成型或控制金属液 体结晶而成。
• 可用于：超高强度材料；智能金属材料等。
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拉曼散射历史
1905年，爱因斯坦提出了光电效应的光量子 解释。
1922年9月，拉曼在《光的分子衍射》一书中 最后提到，如果散射过程能够被看作光量子和 散射分子之间的碰撞，他将有与经典的电磁理 论所预期的不同的结果。
• 当时给出解释为：样品中含有某些杂质，激 发出荧光。
• 这种解释被大多数实验否定。
1. 在80多种不同的、经过精心提纯的液体样品 中无一例外的存在着；
2. 在甘油样品实验中，这种现象更为明显，并 且最后的出射线已被极化，成了偏振光。
PPT学习交流
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拉曼散射历史
• 拉曼和助手把此现象与克拉姆斯——海森堡的 色散理论相联系，称之为“分子散射”。经过5 年的研究，1928年2月16日，向science投稿。
•由此便开启了拉曼散PP射T学习这交流一现象的全新应用：
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参考文献
• 1.纳米颗粒
• 2.戈丹,千舒.震惊世界的100个科学发现(下).呼 和浩特：内蒙古人民出版社,2007.
• 3.Fleischmann, M. et. Al., Chem. Phys. Lett. 1974, 26, 163
• 纳米纤维：直径为纳米尺度的线状材料。 • 可用于：微导线、微光纤新型激光或发光二极
管材料等。
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纳米材料分类及应用
• 纳米膜：颗粒膜、致密膜。颗粒膜是纳米颗粒 粘在一起，中间有极为细小的间隙的薄膜。致 密膜是膜层致密但晶粒尺寸为纳米级的薄膜。
• 可用于：气体催化、过滤器、高密度磁记录材 料、光敏材料、平面显示器、超导材料等。