[0044] 下面结合实施例及说明书附图对本发明进行详细说明。
[0045] 实施例1
[0046] 一种中空Ag-Au合金复合结构微纳阵列的制备方法，包括以下步骤：
[0047] S1：制备以Au/ITO为基底的有序PS单层胶体球模板得到PS/Au/ITO基底；
[0048] S1-1：利用离子溅射镀膜仪在ITO玻璃上镀一层10nm厚的Au膜；溅射电流20mA，时间90s；
[0049] S1-2：通过气液界面自组装方法在玻璃片上获得一种厘米级大面积的周期性有序PS单层胶体球模板，所述PS的直径为1000nm；
[0050] S1-3：利用悬浮法将制备好的PS单层胶体球整体转移到Au/ITO衬底上，自然晾干后，于110℃烘箱中加热5分钟，使PSs球牢固粘附在Au/ITO基底上；
[0051] S1-4：剪裁成1cm×3cm的PS/Au/ITO基底。
[0052] S2：通过电沉积法在步骤S1得到的PS/Au/ITO基底上复合Ag膜；以PS/Au/ITO基底为阴极，石墨片为阳极，电解液为1g/L AgNO3、5g/L PVP、1g/LNa3C6H5O7的混合水溶液，在5μ-2A·cm 恒定阴极电流下室温沉积10h；
[0053] S3：将步骤S2得到的样品浸泡在二氯甲烷溶液中2～5分钟，除去PS/Au/ITO基底上的PS，去离子水清洗数次，空气中自然晾干，获得碗孔状结构的Ag微纳阵列；
[0054] S4：以碗孔状结构Ag微纳阵列为二次模板，与氯金酸的乙醇溶液反应，制备得到中空Ag-Au合金复合结构微纳阵列；将上述碗孔状结构的银微纳阵列样品裁剪成面积1cm×1cm小块，取7片放入以乙醇为溶剂的浓度为0.1mM的氯金酸溶液中。每隔两小时取出一片样品，去离子水清洗数次，空气中晾干。最后，利用氨水除去置换反应中产生的AgCl沉淀，再次清洗晾干后获得一系列Ag-Au比例不同的中空Ag-Au合金复合结构微纳阵列(Ag-Au BPHAN阵列)。
[0055] 随着反应时间的不同所获得的中空Ag-Au合金复合结构微纳阵列中的Ag-Au比例如表1和图1所示。
[0056] 表1中空Ag-Au合金复合结构微纳阵列中Ag-Au比例随反应时间的变化[0057]反应时间(h) 0 2 4 6 8 10 12 24
x(AgxAu1-x) 1.00 0.82 0.63 0.57 0.51 0.28 0.1 0.05
I683(a.u.) 3514 4306 5075 10190 16665 6866 5685 2944
[0058] 从图1和表1可以看出，样品中的Ag/Au比例是可以调节的，通过控制不同的氯金酸腐蚀时间就可以得到不同Ag/Au比例的阵列样品，腐蚀没有开始的时候，Ag的比例为100％。随着腐蚀时间增加，Ag原子被氧化Au原子被还原，从而Ag的比例逐渐减少Au比例不断增加。
在腐蚀过程中，氯金酸的体积是足量的，因此整个过程中氯金酸的浓度几乎不会变化。在0-
4h腐蚀时间，置换出的Au原子会逐渐覆盖在Ag结构表面，此时Ag结构与氯金酸充分接触，Ag-Au置换反应速率快。在4-8h时，由于Ag结构基本被Au原子层覆盖，氯金酸不能充分接触，Ag-Au置换反应速率减慢。同时，在置换过程中，每还原出一个Au原子需要消耗3个Ag原子，由于表面Au层的存在，内部Ag的消耗会逐渐形成中空Ag-Au复合结构。在此过程中，Ag原子被氧化成Ag离子从Au层孔隙溢出，致使Au层孔隙逐渐变大。在8-12h时，中空Ag-Au复合结构表面Au层孔隙的扩大，Ag原子与氯金酸充分接触，Ag-Au置换速率加快，Ag原子被快速氧化，结构内部空隙逐渐变大，余下Ag-Au合金空壳。在腐蚀时间8h时，对应的是AgAu比例为1:1；
在12h后，结构中Ag已经很少且有Au层的保护而不会与氯金酸接触，置换反应很难继续进行，因此Ag-Au比例基本维持不变。
[0059] 利用CuKa辐射(＝0.15419nm)的飞利浦X pert X射线衍射仪来分析样品中物质成分。利用场发射扫描电子显微镜(FESEM、Srion200)和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM)来表征制备得到的微纳阵列的形貌和结构特征。
[0060] 图2给出了三个不同制备阶段样品的XRD图谱。图2(a)是电沉积银膜后去除PS球的样品XRD图谱，图中峰位38.18°、44.38°、64.57°、77.56°、81.71°恰好分别对应Ag的(1 1 1)、(2 0 0)、(2 2 0)、(3 1 1)、(2 2 2)晶面(JCPDS File No:04-0783)，表明获得了银微纳结构。
[0061] 图2(b)是银碗置于氯金酸中腐蚀8h后样品的XRD图谱，其中峰位38.27°、44.49°、64.73°、77.76°、81.93°则分别对应Ag-Au的(1 1 1)、(2 0 0)、(2 2 0)、(3 1 1)、(2 2 2)晶面(JCPDS file:65-2871)，峰位27.83°、32.24°、46.23°、54.83°、57.48°、67.47°、
74.47°、76.74°、85.71°分别对应AgCl的(1 1 1)、(2 0 0)、(2 2 0)、(3 1 1)、(2 2 2)、(4
0 0)、(3 3 1)、(4 2 0)、(4 2 2)晶面(JCPDS File No:131-1238)。说明腐蚀过程中除了Ag-Au间的电置换反应还有AgCl生成。
[0062] 图2(c)是去除AgCl后样品的XRD图谱。对比图2(b)，明显可以看出图中AgCl对应的衍射峰全部消失，仅Ag-Au合金对应衍射峰。这说明此过程中的AgCl已完全除去，制备出Ag-Au复合结构。
[0063] 取腐蚀时间为8小时的Ag-Au BPHAN阵列样品进行SEM测试，结果如图3所示。图3(a)为形貌图可以清晰看出该样品为碗孔状阵列结构，排布均匀，周期1微米，碗孔直径约为780nm。图3(b)是样品的SEM局部放大图，可以看到碗壁是由纳米颗粒组成的。从图3(c)的能谱图可以看出，样品中Ag/Au比例接近1:1。
[0064] 为验证纳米颗粒是中空的，对碗壁处纳米颗粒进行了透射电镜扫描，如图3(d)(e)(f)所示。图3(d)为TEM图，(e)为局部扫描图，(f)为对应(e)中横线处的线扫描图。从图3(e)显示的Ag/Au比例与图3(c)中基本相同，进一步说明结构中Ag、Au分布较为均匀。从图3(f)中可以看出，纳米颗粒的确为中空结构，并且这种中空结构的壳是由Ag-Au合金构成，而不是一层Au一层Ag这样的壳层结构。由此可见，本发明成功的制备出了由中空Ag-Au合金颗粒组成的均匀碗孔状微纳结构阵列。
[0065] 实施例2
[0066] 以实施例1获得的中空Ag-Au合金复合结构微纳阵列样品为SERS基底，测试了其对三聚氰胺溶液的检测表现。
[0067] 拉曼光谱由一个共聚焦拉曼光谱仪(Renishaw inVia Reflex)采集。采集条件：785nm波长，功率2mW，50x显微镜将激光束聚焦在样品上形成大约直径2μm的光斑。光谱采集时间10s。在Raman光谱检测之前，将制备的SERS基底样品在三聚氰胺溶液中浸泡2h，以保证三聚氰胺在样品上充分吸附。然后去离子水清洗去除多余的三聚氰胺分子，并在空气中自然晾干后测量。
[0068] 首先测试了腐蚀时间不同的BPHAN阵列(即不同Ag-Au比例)对浓度为10-5M浓度的的SERS光谱信号，如图4(a)所示。从图中可以看出：在683cm-1处有一个显著的SERS峰，这个峰对应的是三聚氰胺中三嗪环的面内振动模式，而三嗪环为三聚氰胺所特有，在其他其他蛋白质或氨基酸中还没有观测到，该峰即为三聚氰胺分子的拉曼特征峰。同时也注意到，SERS特征峰的强度与腐蚀时间有关，开始时随腐蚀时间增加拉曼信号逐渐增强，在腐蚀时间8h时达到最大，之后开始下降。这主要是由于BPHAN阵列中的金银比例变化引起的。腐蚀开始时，阵列结构全是Ag材料，腐蚀结束时几乎全部被置换成Au材料，在腐蚀时间8h时，对应的是AgAu比例为1:1的情况。具体腐蚀时间、Ag-Au比例和对应的拉曼峰强度数据列于表1中。由数据可以看出，Ag-Au比1:1时该基底具有最大的拉曼活性，信号强度比单纯的Ag或者Au基底大5倍左右。
[0069] 然后测试了活性最大的BPHAN阵列(Ag-Au比1:1)的对不同浓度样品(10-5M、10-6M、10-7M、10-8M、10-9M)的检测情况，结果如图5。从图5(a)中可以看出，该基底对三聚氰胺有很大的活性，对不同浓度样品该基底在683cm-1处均有响应。对10-5M的三聚氰胺响应很强，为
16665a.u.，即使对10-9M三聚氰胺溶液仍有较强响应，其特征峰值约为820a.u.。溶液浓度越大，吸附在基底上的分子数量就越多，对应的拉曼信号就越强，二者近似成线性关系，这与SERS基本理论相符合的。图5(b)给出了不同浓度对应的SERS峰值强度I683。横纵坐标均采用对数坐标。依据图上数据拟合的数学表达式为：LogI683＝0.31643×LogC+5.79305，I683为
683cm-1处的光谱信号强度，C为三聚氰胺的浓度，单位为M；线性相关系数为R2＝0.98794；
[0070] 实施例3
[0071] 为了清楚的理解中空Ag-Au合金复合结构微纳阵列的SERS增强的物理机制，本发明分析了3种碗孔状结构阵列的局域电场特性。参数设置：碗口最大直径为976nm，周期为1000nm，呈六方密排结构，参数来源于图3中SEM图的观察结果；三种碗状结构采用三种不同材料，分别为金、银、以及Ag0.5Au0.5合金，其中Ag-Au合金材料的介电常数利用等效介电常数来获得。电场偏振方向沿x轴的光源垂直表面入射，光源波长为拉曼光谱的泵浦光785nm。
[0072] 图6分别是Au、Ag、以及Ag0.5Au0.5做成的碗状结构的电场强度近场分布图。其中复合材料中设置有直径40nm的空径，用于模拟Ag-Au中空结构。从图中可以看出，三种材料的碗状结构电场形貌分布几乎一致，在碗中间区域有两个峰值，这是由于入射光和反射光干涉而成。同时也注意到在碗壁上的一些区域电场有极大值，是由于基底与材料之间的表面等离激元共振引起的。
[0073] 这些局域电场的增强正是该结构实现SERS增强的机制，因为SERS增强的效果与局域电场的强度平方成正比。从图中可以看出三种结构分别对应的场强极大值为11、13和28.5.
[0074] 对比场强的极大值可以发现，复合中空结构是Ag的2.19倍，是Au的2.59倍。SERS信号增强分别应该是4.79和6.71倍。而实验结果图4中显示三种结构对应的信号强度分别为(Au)2944a.u.、(Ag)3515a.u.和(Ag-Au)16665a.u.。
[0075] 为了更直观的展示，分别做出了三种碗状结构的最强近场电场强度增强因子(最强近场电场强度的4次方，│E/E0│4)的柱状图见图7(a)；和三种样品中的三聚氰胺分子的拉曼光谱在拉曼频移683cm-1处峰值峰高的拉曼强度的柱状图见图7(b)。
[0076] 通过对比可以发现，每个样品的拉曼强度与本发明的仿真结构的结果相类似，电场强度增强因子的柱状图明显与拉曼频移为683cm-1处峰值峰高的拉曼强度的柱状图，其走势一致。综上所述，仿真结果与实验结果是吻合的。由此可见，适当Ag-Au比例的Ag-Au BPHAN阵列的确具有很好SERS性能，灵敏度和峰值响应强度都比现有结构好很多。
[0077] 比较例1
[0078] 其他同实施例1，只是将步骤S2中的电解液替换为1g/L AgNO3与1g/L柠檬酸三钠组成的混合水溶液，在5μA·cm-2恒定阴极电流下室温沉积8h，得到的产物的SEM图如图9所示，从图中可以看出，得到的产物并不是中空的碗孔状结构。
[0079] 比较例2
[0080] 其他同实施例1，只是将步骤S2中的电解液替换为1g/L AgNO3、10g/L PVP与1g/L柠檬酸三钠组成的混合水溶液，在5μA·cm-2恒定阴极电流下室温沉积8h，得到的产物的SEM图如图10所示，从图中可以看出，得到的产物并不是中空的碗孔状结构。
[0081] 上述参照实施例对一种中空Ag-Au合金复合结构微纳阵列的制备方法进行的详细描述，是说明性的而不是限定性的，可按照所限定范围列举出若干个实施例，因此在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，应属本发明的保护范围之内。
