Luận văn thạc sĩ: Chế tạo đế SERS trên nền silic xốp bề mặt gồ ghề tại ĐH Sư phạm - ĐH Thái Nguyên

Nghiên cứu quy trình chế tạo đế SERS trên nền silic xốp bề mặt gồ ghề phủ hạt nano kim loại bằng phương pháp phún xạ nhằm tăng cường tín hiệu tán xạ Raman.

• Tác giả: Vilaysak Sayyasone
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Thuý Vân
• Trường học: Trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Vật lý chất rắn
• Đề tài: Nghiên cứu chế tạo đế SERS trên nền silic xốp bề mặt gồ ghề có phủ các hạt nano kim loại sử dụng phương pháp phún xạ
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Thái Nguyên

Tóm tắt

I. Tổng quan về chế tạo đế SERS trên nền silic xốp gồ ghề

Tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS) là kỹ thuật phân tích quang phổ hiện đại. Kỹ thuật này phát hiện dấu vết phân tử ở nồng độ cực thấp. Hiệu ứng SERS hoạt động dựa trên sự cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ. Vật liệu nền giữ vai trò quyết định đến độ nhạy của phép đo phổ. Silic xốp sở hữu diện tích bề mặt riêng lớn và cấu trúc xốp vi mô độc đáo. Khi xử lý tạo độ gồ ghề, nền silic hình thành các cấu trúc vi gai nhọn ngẫu nhiên. Cấu trúc gồ ghề này hỗ trợ phân tán đồng đều các hạt nano kim loại quý. Tại Đại học Sư phạm Thái Nguyên, nhóm nghiên cứu tập trung phát triển đế SERS trên nền silic xốp gồ ghề phủ vàng. Phương pháp phún xạ cathode được ứng dụng để phủ hạt nano vàng lên chất nền. Hệ vật liệu lai tạo này tăng cường đáng kể cường độ tán xạ Raman của chất phân tích. Đây là hướng đi quan trọng trong chế tạo cảm biến sinh hóa nano chi phí thấp. Nghiên cứu mở ra tiềm năng lớn cho công nghệ phân tích quang học tại Việt Nam.

1.1. Bản chất vật lý của hiệu ứng SERS

Hiệu ứng SERS gia tăng tiết diện tán xạ Raman không đàn hồi của phân tử bám trên bề mặt kim loại nano. Hai cơ chế chính giải thích cho hiện tượng này bao gồm cơ chế điện từ trường và cơ chế hóa học. Trong đó, cơ chế điện từ trường đóng vai trò chủ đạo. Khi ánh sáng kích thích chiếu vào bề mặt kim loại plasmonic như vàng hoặc bạc, các dao động điện tử tập thể được kích hoạt. Hiện tượng cộng hưởng plasmon bề mặt cục bộ sinh ra điện trường quang học cực mạnh tại các khe hẹp nano. Các vị trí này được gọi là điểm nóng quang học. Phân tử mục tiêu nằm trong điểm nóng sẽ phát tín hiệu Raman tăng hàng triệu đến hàng tỷ lần. Cơ chế hóa học đóng góp thêm hệ số tăng cường.

1.2. Vai trò cấu trúc của vật liệu silic xốp

Silic xốp là dạng vật liệu bán dẫn nhân tạo chứa mạng lưới lỗ xốp kích thước nanomet. Cấu trúc xốp tạo ra diện tích bề mặt tiếp xúc riêng vô cùng rộng lớn. Khả năng hấp phụ phân tử hóa học của nền xốp cao hơn nhiều so với phiến silic phẳng thông thường. Cấu trúc mao quản trong silic xốp hỗ trợ dẫn truyền và bẫy giữ phân tử mục tiêu hiệu quả. Bề mặt silic xốp dễ dàng biến tính thông qua các phản ứng hóa học hoặc xử lý vật lý. Khi kết hợp với các hạt kim loại plasmonic, đế silic xốp ngăn ngừa hiện tượng kết tụ không mong muốn của hạt nano. Các lỗ xốp định hướng sự phân bố đồng đều của cụm hạt vàng. Nền tảng này mang lại độ bền cơ học cao.

II. Phân tích thách thức chế tạo đế SERS trên nền silic xốp

Chế tạo đế SERS hiệu năng cao đối mặt với nhiều thách thức kỹ thuật phức tạp. Đế SERS thương mại truyền thống thường sử dụng phiến silic phẳng hoặc thủy tinh phẳng. Nền phẳng có diện tích hữu dụng thấp. Mật độ điểm nóng plasmonic tạo ra trên mặt phẳng rất hạn chế. Các hạt nano kim loại lắng đọng trên nền phẳng dễ bị vón cục ngẫu nhiên. Hiện tượng vón cục này làm suy giảm nghiêm trọng độ lặp lại của tín hiệu Raman. Hơn nữa, việc gia công cấu trúc nano tuần hoàn bằng chùm điện tử EBL hay chùm ion FIB đòi hỏi thiết bị đắt đỏ. Thời gian chế tạo kéo dài và chi phí sản xuất cực kỳ tốn kém. Do đó, các phương pháp quang khắc cao cấp khó áp dụng cho sản xuất cảm biến đại trà. Mặt khác, nền silic xốp đơn thuần chưa qua xử lý có độ đồng đều cấu trúc chưa tối ưu. Phân tử mẫu dễ bị chôn vùi sâu bên trong mao quản hẹp khiến tín hiệu quang học bị cản trở. Vấn đề đặt ra là cần tạo hình dạng bề mặt gồ ghề có trật tự micro và nano. Thiết kế gồ ghề giúp phân bố tối đa các điểm nóng plasmonic.

2.1. Hạn chế của các phương pháp chế tạo truyền thống

Các kỹ thuật chế tạo tiếp cận từ trên xuống như khắc chùm tia điện tử EBL và khắc chùm ion hội tụ FIB tạo ra cấu trúc nano rất chính xác. Tuy nhiên, quy trình này yêu cầu phòng sạch tiêu chuẩn cao và máy móc đắt tiền. Tốc độ quét diện tích của chùm hạt rất chậm, làm giới hạn quy mô mẫu thí nghiệm. Chi phí cho một phiến đế cảm biến theo phương pháp này quá lớn. Ngược lại, kỹ thuật tiếp cận từ dưới lên như lắng đọng hóa học có giá thành rẻ hơn. Dẫu vậy, phương pháp hóa học ướt thường để lại dư lượng dung môi tạp chất. Tạp chất bám dính gây nhiễu nền nghiêm trọng trên phổ Raman. Độ tái lập tín hiệu giữa các vị trí đo thường thiếu ổn định.

2.2. Vấn đề tạo mật độ điểm nóng plasmonic đồng đều

Hiệu ứng tán xạ Raman tăng cường chỉ xuất hiện mạnh mẽ tại các điểm nóng quang học. Điểm nóng hình thành trong khoảng cách vài nanomet giữa hai hạt kim loại kề cận. Nếu khoảng cách giữa các hạt nano quá lớn, hiệu ứng ghép đôi plasmonic không thể kích hoạt. Ngược lại, nếu các hạt nano dính liền thành màng liên tục, cộng hưởng plasmon cục bộ sẽ biến mất hoàn toàn. Thách thức lớn là kiểm soát khoảng cách khe nano trên một diện tích bề mặt rộng. Bề mặt silic phẳng gây khó khăn trong việc phân tán hạt vàng nano. Hạt nano dễ di chuyển và tích tụ thành cụm lớn thiếu kiểm soát. Do đó, việc định dạng bề mặt gồ ghề trước khi phủ kim loại là bắt buộc.

III. Giải pháp chế tạo đế SERS trên nền silic xốp bề mặt gồ ghề

Nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Thái Nguyên đã đề xuất quy trình thực nghiệm đồng bộ và hiệu quả. Quy trình kết hợp kỹ thuật ăn mòn điện hóa và phương pháp phún xạ vật lý. Đầu tiên, phiến silic loại p được làm sạch kỹ lưỡng qua dung dịch tiêu chuẩn. Quá trình ăn mòn điện hóa trong dung dịch HF và ethanol tạo ra lớp silic xốp đơn lớp đồng đều. Tiếp theo, bề mặt silic xốp được định dạng hóa để tạo độ gồ ghề có cấu trúc micro-nano ngẫu nhiên. Bề mặt gồ ghề làm tăng đáng kể diện tích tiếp xúc hình học và tạo ra vô số hốc bẫy quang học. Sau đó, máy phún xạ chân không được sử dụng để phủ các hạt nano vàng lên chất nền. Thông số phún xạ gồm dòng điện, thời gian và áp suất khí argon được kiểm soát chặt chẽ. Kết quả thu được hệ hạt nano vàng phân bố đều đặn quanh các cấu trúc gồ ghề. Cấu trúc lai Au/patterned-Si hình thành mật độ điểm nóng plasmonic ba chiều dày đặc. Quy trình thực nghiệm không dùng hóa chất hữu cơ phức tạp, giữ bề mặt luôn sạch.

3.1. Quy trình tạo nền silic xốp gồ ghề vi cấu trúc

Quy trình khởi đầu bằng việc làm sạch đế silic đơn tinh thể trong cồn và nước khử ion. Phiến silic sau đó trải qua quá trình ăn mòn điện hóa trong bình phản ứng teflon chuyên dụng. Dung dịch điện phân chứa axit HF hòa trộn với cồn tuyệt đối theo tỷ lệ thích hợp. Dòng điện một chiều chạy qua dung dịch kích hoạt phản ứng hòa tan chọn lọc của silic. Lớp silic xốp hình thành với mạng lưới lỗ xốp kích thước nanomet đồng nhất. Sau bước tạo xốp, kỹ thuật ăn mòn định dạng bề mặt tiếp tục được áp dụng. Bước này phá vỡ tính phẳng, tạo ra bề mặt gồ ghề mấp mô. Các gờ nhọn hình thành đóng vai trò bẫy giữ ánh sáng. Nền sau đó được sấy khô cẩn thận trong dòng khí nitơ.

3.2. Kỹ thuật phún xạ lắng đọng hạt nano vàng

Phương pháp phún xạ magnetron được triển khai để lắng đọng hạt nano vàng lên đế silic xốp gồ ghề. Đế silic được đặt trong buồng chân không cao và làm sạch bằng plasma argon. Khí argon tinh khiết được dẫn vào buồng với áp suất xác định. Điện thế áp vào bia vàng làm ion hóa argon, tạo chùm ion bắn phá. Các nguyên tử vàng bật ra và bay về phía đế silic xốp. Quá trình lắng đọng diễn ra ở nhiệt độ phòng giúp bảo toàn hình thái vi xốp. Bằng cách điều chỉnh thời gian phún xạ, các hạt vàng hình thành dạng đảo nano cô lập. Khoảng cách giữa các hạt đạt kích thước tối ưu cho cộng hưởng plasmon. Hạt nano bám chắc vào các hốc gồ ghề của đế silic.

IV. Kết luận và ứng dụng của đế SERS trên nền silic xốp gồ ghề

Công trình nghiên cứu tại Đại học Sư phạm Thái Nguyên đã khẳng định tính khả thi của quy trình chế tạo đế SERS. Cấu trúc đế Au/patterned-Si thể hiện năng lực khuếch đại quang phổ Raman vượt trội. Thử nghiệm trên chất màu Rhodamine B ghi nhận hệ số tăng cường tín hiệu đạt mức mười tỷ lần tại nồng độ 10^-10 M. Đỉnh phổ đặc trưng tại vị trí 1645 cm⁻¹ phân tách rất rõ ràng và sắc nét. Ngoài ra, đế cảm biến phát hiện thành công chất màu methyl da cam ở nồng độ thấp tới 10^-8 M. Các đỉnh dao động chính được ghi nhận với cường độ quang phổ rất chuẩn xác. Kết quả thực nghiệm chứng minh độ nhạy cao và tính đồng nhất quang học tuyệt vời của bề mặt gồ ghề. Cảm biến SERS này mở ra giải pháp phân tích vết dư lượng hóa chất độc hại trong thực phẩm. Kỹ thuật cũng định hướng ứng dụng rộng rãi trong giám sát môi trường và chẩn đoán y học. Đây là bước tiến quan trọng trong việc chủ động công nghệ cảm biến quang học.

4.1. Hiệu năng phân tích vết chất màu RhB và MO

Hiệu năng cảm biến của đế SERS Au/patterned-Si được kiểm chứng thông qua việc dò tìm Rhodamine B và methyl da cam. Rhodamine B là phân tử chất màu huỳnh quang có tiết diện tán xạ mạnh. Tại nồng độ 10⁻¹⁰ M, đỉnh tán xạ Raman đặc trưng ở 1645 cm⁻¹ vẫn hiện diện rõ ràng. Hệ số tăng cường đạt mức mười tỷ lần, cho thấy khả năng khuếch đại điện từ vượt trội. Đối với chất nhuộm methyl da cam, cảm biến phát hiện rõ ở nồng độ 10⁻⁸ M. Các dải dao động đặc trưng từ 913 cm⁻¹ đến 1618 cm⁻¹ đều phân tách chuẩn xác. Kết quả chứng minh đế cảm biến hoạt động nhạy bén với nhiều hợp chất hữu cơ. Phổ đo có độ lặp lại rất cao trên toàn bề mặt.

4.2. Tiềm năng ứng dụng trong giám sát an toàn và môi trường

Sự thành công của đế SERS silic xốp gồ ghề mang đến giải pháp kiểm soát an toàn thực phẩm. Cảm biến có thể nhận diện dư lượng thuốc trừ sâu và độc tố ở nồng độ siêu nhỏ. Trong môi trường, đế hỗ trợ kiểm tra nhanh các chất ô nhiễm hữu cơ khó phân hủy. Trong y sinh học, công nghệ hứa hẹn hỗ trợ tầm soát sớm các chỉ dấu phân tử bệnh. Quy trình chế tạo dùng phương pháp phún xạ giúp hạ thấp giá thành sản xuất. Đế SERS đáp ứng tốt yêu cầu cho các máy đo Raman cầm tay dã ngoại. Công nghệ này tạo tiền đề thương mại hóa chip cảm biến sinh hóa tại Việt Nam. Đây là giải pháp phân tích tối ưu.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÍ THUYẾT 1. Tổng quan về vật liệu Silic xốp 1. Silic xốp là gì? Silic xốp (viết tắt là "PS" hoặc "pSi") là loại vật liệu hỗn hợp của Silic và các lỗ không khí được hình thành trên đế Silic. Silic xốp là một cấu trúc giống như miếng bọt biển của silic đơn tinh thể, mặc dù được phát hiện một cách tình cờ nhưng đã sớm trở thành một trong những cấu trúc silic được nghiên cứu kỹ lưỡng nhất do các đặc tính đặc biệt và ứng dụng của nó.

Silic xốp chủ yếu được tạo ra từ sự ăn mòn điện hoá các phiến Silic trong các dung dịch axit HF. là sơ đồ chế tạo silic xốp: anot là phiến silic có bề mặt được tiếp xúc với dung dịch HF, catốt được làm bằng platin. Sơ đồ nguyên lý chế tạo silic xốp [23] Silic xốp được đặc trưng bởi độ xốp, độ dày và đường kính lỗ rỗng. Các thông số này phụ thuộc vào điều kiện anot hoá (anodization).

Cụ thể là: nồng độ axit HF, mật độ dòng, loại vật liệu silic, điện trở suất, thời gian anot hoá, sự chiếu sáng, nhiệt độ, độ ẩm môi trường xung quanh và điều kiện làm khô. Lịch sử phát triển của Silic xốp Silic xốp được Arthur Uhlir và Ingeborg Uhlir tại Phòng thí nghiệm Bell ở Mỹ tình cờ phát hiện ra vào năm 1956. Vào thời điểm đó, hai nhà khoa học đang trong quá trình phát triển một kỹ thuật đánh bóng và tạo hình bề mặt silicon và germanium. Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu thấy rằng trong một số điều kiện, một màng dày màu đen, đỏ hoặc nâu được hình thành trên bề mặt vật liệu.

Vào thời điểm đó, những phát hiện này không được tiếp tục quan tâm nghiên cứu và chỉ được đề cập trong các ghi chú kỹ thuật của phòng thí nghiệm Bell. 4 Mặc dù silic xốp đã được phát hiện ra vào những năm 1950, nhưng cộng đồng khoa học không quan tâm đến silic xốp cho đến cuối những năm 1980. Vào thời điểm đó, Leigh Canham – khi đang làm việc tại Cơ quan Nghiên cứu Quốc phòng ở Anh – cho rằng silic xốp có thể cho thấy các hiệu ứng giam cầm lượng tử. Các kết quả thí nghiệm thành công sau đó đã được công bố vào năm 1990.

Trong thí nghiệm được công bố cho thấy các tấm silic có thể phát ra ánh sáng nếu bị điện hóa và hòa tan hóa học. Kết quả được công bố này đã tạo ra sự quan tâm của các nhà khoa học đối với các tính chất điện và quang phi tuyến tính của Silic xốp. Mối quan tâm ngày càng tăng được chứng minh bằng số lượng công trình đã xuất bản liên quan đến các tính chất và ứng dụng tiềm năng của silic xốp. Trong một bài báo xuất bản năm 2000, người ta thấy rằng số lượng các công bố về silic xốp đã tăng theo cấp số nhân trong khoảng thời gian từ năm 1991 đến năm 1995.

Trong những năm gần đây, silic xốp được quan tâm nghiên cứu hướng tới các ứng dụng sử dụng làm cảm biến sinh hóa nhận biết các chất với nồng độ thấp do những ưu điểm của vật liệu silic xốp như diện tích bề mặt lớn, dễ chế tạo và chi phí chế tạo thấp, có thể dễ dàng điều khiển kích thước của các lỗ xốp, có thể kết hợp với các nano kim loại để sử dụng hiệu ứng tăng cường plasmon bề mặt tạo ra hiệu ứng tăng cường trong các phép đo raman. Tính chất của silic xốp Các cấu trúc của silic xốp, giống như các vật liệu xốp khác, được phân loại theo kích thước lỗ rỗng. Các cấu trúc có kích thước lỗ xốp nhỏ hơn 2 nm được gọi là lỗ xốp micro và trên 50 nm được gọi là lỗ xốp macro; những lỗ xốp còn lại gọi là lỗ xốp meso. Vật liệu silic xốp có phạm vi biến đổi rất lớn về kích thước lỗ, hình dạng, hướng, phân nhánh, liên kết và phân bố, nên các lỗ xốp có hình thái học rất đa dạng.

2 thể hiện dưới dạng sơ đồ bốn kiểu hình thái khác nhau theo định hướng của silic xốp và các biến thể của chúng. 5 Định hướng phân nhánh lấp đầy các lỗ xốp sự thay đổi độ sâu của lớp xốp Hình 1. Đặc điểm hình thái của silic xốp; Định hướng: (a) theo hướng <100> và nguồn lỗ, (b) gần với nguồn lỗ, (c) định hướng một phần theo hướng <100> và nguồn lỗ, (d) chỉ theo phương hướng <100>; phân nhánh: (a) thành lỗ nhẵn, (b) nhánh ngắn hơn đường kính, (c) chỉ có nhánh cấp hai, (d) nhánh đuôi gai, (e) lỗ chính có nhánh cấp hai và ba, (f) dày đặc, ngẫu nhiên và nhánh ngắn; lấp đầy các lỗ xốp: (a) không được lấp đầy, (b) chứa một phần Silic vi xốp, (c) chứa đầy Silic vi xốp; sự thay đổi độ sâu của lớp xốp: (a) một lớp Silic xốp, (b) một lớp Si xốp lớn với các lỗ xốp nhỏ hơn gần bề mặt, (c) một lớp Silic micropore trên Silic lỗ xốp lớn [22]. Tăng cường cấu trúc của silic xốp Cấu trúc đơn lớp Silic xốp được chế tạo bằng phương pháp ăn mòn điện hóa phiến silic đơn tinh thể định hướng (100) được pha tạp Bo với điện trở suất thấp (0,002÷0,004 Ω.cm-1 ) trong dung dịch HF/cồn.3 a minh họa hình thái bề mặt của cấu trúc đơn lớp silic xốp.

Hình ảnh FE-SEM của silic xốp cho thấy bề mặt silic xốp bao gồm các lỗ xốp được sắp xếp ngẫu nhiên, phân bố đồng đều có kích thước từ 10 nm tới 50 nm.3b minh họa mặt cắt của lớp silic xốp với độ dày khoảng 5,26 µm. Cấu trúc đơn lớp silic xốp này được sử dụng để lắng đọng các hạt nano Ag lên trên bề mặt và sau đó được nghiên cứu hiệu ứng SERS của chúng. Chế tạo Silic xốp Kể từ khi được phát hiện năm 1956, đã có hơn 20 phương pháp đã được phát triển để chế tạo các cấu trúc silic xốp. Các phương pháp này có thể được chia thành hai loại: từ trên xuống và từ dưới lên.

Theo cách tiếp cận từ trên xuống, các cụm của một tấm silic đơn tinh thể được loại bỏ để tạo ra các khoảng trống trong một tinh thể gần như hoàn hảo và tạo thành một cấu trúc xốp. Cách tiếp cận này dựa vào việc loại bỏ các nguyên tử bằng hóa chất và/hoặc vật lý khỏi một tấm silic đơn tinh thể. Ngược lại, cách tiếp cận từ dưới lên dựa vào việc đặt các cụm silic lại với nhau theo cách sao cho trong khi thiết lập dạng tinh thể, vẫn để lại các khoảng trống phía sau để có thể tổng hợp cấu trúc xốp. Những phương pháp này thường dẫn đến bột silic xốp.

Tuy nhiên, cần lưu ý rằng trong số khoảng 20 phương pháp chế tạo, chỉ có gần 10 phương pháp có hiệu quả và được quan tâm phát triển. Tổng quan về tán xạ Raman Tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS) là một phương pháp làm tăng cường độ tín hiệu Raman lên nhiều lần. Đó là kết quả của sự tăng cường trong tán xạ Raman do phân tử hấp thụ trên bề mặt thô nhám của kim loại. Từ khi tán xạ Raman tăng cường bề mặt được nghiên cứu, các kết quả cho thấy hiệu quả của SERS về cả lý thuyết và thực nghiệm trong nhiều lĩnh vực bao gồm điện hóa, vật lí, khoa học vật liệu, khoa học bề mặt, công nghệ nano và khoa học sự sống [16].

Tán xạ Raman tăng cường bề mặt (SERS), là một kỹ thuật phân tích hóa học và sinh học mạnh mẽ, đã thu hút được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu vì độ nhạy cao và tính đặc hiệu phân tử của nó. Đặc biệt là sự xuất hiện của các cấu trúc nano 7 kim loại, thường được gọi là “điểm nóng”, mang đến khả năng tạo ra các cảm biến dựa trên SERS siêu nhạy. Kết quả là đem đến khả năng có thể phát hiện nồng độ cực thấp, thậm chí đạt đến giới hạn phát hiện cuối cùng (LOD). Nhiều nhà nghiên cứu đã sử dụng thành công phương pháp quang phổ Raman để phát hiện dư lượng thuốc trừ sâu dựa trên SERS xuất phát từ các vật liệu kết hợp với các kim loại nano quý, đặc biệt là cấu trúc nano vàng để kiểm soát ô nhiễm trái cây và thực phẩm.

Kể từ khi được Arthur Uhlir và Ingeborg Uhlir tình cờ phát hiện vào năm 1956, silic xốp đã được sử dụng rộng rãi cho các cảm biến, chẳng hạn như cảm biến sinh học, cảm biến điện hóa và cảm biến quang học. Silic xốp thể hiện các tính năng chính cho các ứng dụng cảm biến sinh hóa do chế tạo dễ dàng, nhanh chóng và chi phí thấp; hình dạng có thể điều chỉnh, kích thước lỗ rỗng, độ xốp và độ dày; diện tích bề mặt cao cỡ 170 m2/ cm3; phát hiện các phân tử/chất phân tích mục tiêu thông qua phổ phát quang hoặc dưới dạng dịch chuyển độ dài sóng trong phổ phản xạ; và khả năng tương thích sinh học với công nghệ vi điện tử dựa trên silic hiện có cho các ứng dụng sinh học. Hơn nữa, Silic xốp đã được thu nhỏ và tích hợp trong các hệ thống vi cơ điện tử (MEMS) sử dụng công nghệ dựa trên silic và các thiết bị cầm tay. Trong những năm gần đây, cảm biến kết hợp silic xốp sử dụng chấm lượng tử (QĐ), hạt nano kim loại (MNP) hoặc cả hai QDs/MNP đã thu hút được nhiều sự chú ý để tăng cường độ nhạy và phát hiện các phân tử có nồng độ cực thấp.

Nhìn chung, các vật liệu lai silic xốp/hạt nano kim loại đã được sử dụng cho các ứng dụng SERS. SERS là một kỹ thuật phát hiện mạnh mẽ có khả năng phát hiện và xác định một số lượng nhỏ các phân tử, kiểm soát môi trường, sinh hóa phân tích, an toàn thực phẩm và nhiều lĩnh vực khác. Hiệu quả của việc tăng cường SERS phụ thuộc vào hai yếu tố quan trọng, đó là các hạt nano kim loại và vi cấu trúc bề mặt silic xốp [1]. Nguồn gốc của tán xạ Raman Hiệu ứng Raman dựa trên sự biến dạng của phân tử trong điện trường E được xác định bởi khả năng phân cực α (hệ số phân cực) của phân tử.

Chùm sáng laser có thể được coi là một sóng điện từ dao động với vector cường độ điện trường E. Khi tương tác với mẫu nó sẽ làm biến dạng phân tử. Do hiện tượng biến dạng theo chu kỷ, phân tử sẽ bắt đầu dao động với tần số đặc trưng vm. Sơ đồ biều diễn năng lượng của tán xạ Raman và tán xạ Rayleigh Nói một cách khác, ánh sáng laser đơn sắc với tần số kích thích các phân tử v0 và chuyển chúng thành các lưỡng cực dao động.