基於半導體TIO2的錶麵增強拉曼散射研究 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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圖書標籤:

• 半導體材料
• 二氧化鈦
• 錶麵增強拉曼散射
• SERS
• 光催化
• 納米材料
• 光譜學
• 材料科學
• 傳感器
• 拉曼光譜

齣版社： 黑龍江大學齣版社有限責任公司

ISBN：9787568600965

版次：1

商品編碼：12150181

包裝：簡裝

開本：其他

齣版時間：2017-05-01

內容簡介

對於軸心受壓杆來說，如果端部都采用鉸接的連接方式，其受壓後彎矩呈現齣中間彎矩*大程度，然後嚮杆件的兩端逐步減小本書介紹瞭幾種基於半導體TiO2的錶麵增強拉曼散射研究。共包括6章，按緒論、貴金屬耦閤對納米TiO2 SERS性能的影響、過渡金屬離子摻雜改進半導體TiO2的SERS性能、結晶度可控的銳鈦礦TiO2 SERS活性基底、不同晶相結構TiO2納米粒子作為SERS基底及其增強機製的研究、TiO2納米粒子上環丙沙星藥物分子的SERS檢測研究等六個部分編寫。

作者簡介

江欣，女，1978年12月齣生，博士，副教授，佳木斯大學碩士研究生導師。近幾年，以**作者或通訊作者發錶SCI收錄論文10餘篇；主持黑龍江省自然科學基金項目1項、黑龍江省教育廳項目1項、黑龍江省衛生廳項目1項；齣版著作3部；發明實用新型專利2項；獲佳木斯市科技進步特等奬1項、一等奬1項；2012年獲黑龍江省教學能手榮譽稱號。

揭秘物質微觀世界的利器：高靈敏度探測技術在材料科學與生物醫學領域的應用前景 本書並非聚焦於某一特定材料或技術，而是將目光投嚮一類具有顛覆性潛力的先進探測方法——錶麵增強拉曼散射（Surface-Enhanced Raman Scattering, SERS）。SERS技術以其無與倫比的靈敏度和特異性，為我們深入理解物質的分子結構、化學鍵閤以及分子間的相互作用提供瞭前所未有的窗口。其核心在於利用特殊納米結構金屬錶麵的局域錶麵等離激元共振效應，將微弱的拉曼信號放大數百萬倍甚至上億倍，從而實現對痕量物質的精準檢測與識彆。 第一章：拉曼散射與錶麵增強拉曼散射的原理探微 本章將從基礎的分子光譜學理論齣發，深入淺齣地闡述拉曼散射的物理機製。我們將詳細介紹分子與光子相互作用過程中，能量轉移引起的分子振動和轉動能級的躍遷，以及由此産生的非彈性散射——拉曼散射。理解拉曼散射的強度與分子的極化率、入射光波長等因素的關係，是掌握SERS技術的基礎。 隨後，本章將重點剖析錶麵增強拉曼散射的原理。我們將探討“熱點”效應在SERS中的關鍵作用，即納米金屬顆粒聚集區域的強電磁場增強。通過對各種金屬納米結構（如金、銀、鉑、銅等）的錶麵等離激元共振特性、形貌、尺寸、間距等因素對增強效應影響的深入分析，揭示如何設計和製備高效的SERS基底。同時，我們將闡述包括電磁增強機製（EMM）和化學增強機製（CHEM）在內的多種增強模式，並探討它們各自的貢獻和適用範圍。這一章的深入探討，旨在為讀者建立起對SERS現象的全麵、深刻的認識。 第二章：SERS基底的設計、製備與錶徵 高效的SERS基底是實現高靈敏度檢測的關鍵。本章將係統介紹目前主流的SERS基底設計理念與製備技術。 2.1 設計理念： 我們將從多個維度探討基底設計。首先是等離激元共振調控，通過精確控製金屬納米結構的尺寸、形狀（如球形、棒狀、星形、立方體等）、排列方式（如二維周期陣列、三維多孔結構等）以及基底材料的選擇，來優化其錶麵等離激元共振頻率，使其與入射激光的波長以及目標分子的振動模式相匹配，從而獲得最大的電磁場增強。其次是“熱點”密度與均勻性，高密度的“熱點”是獲得高信號強度的前提，而均勻分布的“熱點”則保證瞭檢測結果的可重復性。我們將介紹如何通過納米自組裝、模闆刻蝕、微流控技術等方法來提高“熱點”的密度和均勻性。最後是基底的穩定性與生物兼容性，考慮到SERS技術的廣泛應用前景，基底在不同環境（如水溶液、酸堿環境、高溫等）下的穩定性以及與生物分子的兼容性至關重要。 2.2 製備技術： 本章將詳細介紹各種SERS基底的製備方法，涵蓋瞭從實驗室常用技術到前沿發展方嚮。 自組裝法： 包括金屬納米顆粒的溶膠-凝膠法、化學還原法、電化學沉積法等，著重介紹如何通過錶麵活性劑、配體等調控納米顆粒的尺寸、形貌和組裝行為，實現高密度的“熱點”形成。 模闆法： 利用多孔陽極氧化鋁（AAO）、微球、光刻膠等模闆，通過電化學沉積、濺射、蒸鍍等方法製備具有特定形貌和周期結構的金屬納米結構陣列。 微納加工技術： 如電子束光刻、聚焦離子束刻蝕、光刻等，能夠實現對金屬納米結構的精確控製，製備齣具有復雜形貌和排列的高度有序的SERS基底。 新型基底材料： 介紹諸如石墨烯、二維材料、雜化納米結構等新興材料在SERS基底製備中的應用，以及它們如何通過協同效應進一步提升SERS性能。 2.3 錶徵方法： 為瞭評估SERS基底的性能，本章將介紹一係列關鍵的錶徵手段。 形貌錶徵： 掃描電子顯微鏡（SEM）、透射電子顯微鏡（TEM）用於觀察納米結構的尺寸、形貌、排列和錶麵特徵。 光學錶徵： 紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）用於確定納米結構的錶麵等離激元共振峰位，進而評估其增強潛力。 SERS性能評估： 通過檢測已知濃度的標準分子（如羅丹明6G、4-巰基苯甲酸等）的SERS光譜，計算其增強因子（Enhancement Factor, EF）和檢測限（Limit of Detection, LOD），從而量化基底的增強能力和靈敏度。 錶麵化學錶徵： X射綫光電子能譜（XPS）、傅裏葉變換紅外光譜（FTIR）等用於分析基底錶麵的化學組成和官能團，評估錶麵改性或塗層情況。 第三章：SERS在化學探測與分析中的應用 SERS技術憑藉其高靈敏度、高選擇性和無需標記的特性，在化學探測與分析領域展現齣巨大的潛力。 3.1 痕量化學物質的檢測： 從環境汙染物（如農藥殘留、有機染料、重金屬離子）到爆炸物痕跡（如TNT、RDX），SERS都能實現對這些痕量物質的快速、靈敏檢測。我們將通過具體案例，展示如何通過設計閤適的SERS基底和優化檢測條件，實現對不同類型化學物質的精準識彆。例如，通過錶麵修飾，可以顯著提高特定目標分子的吸附能力，進一步降低檢測限。 3.2 分子識彆與結構分析： SERS光譜具有“分子指紋”的特點，每個分子在SERS譜圖上都呈現齣獨特的譜峰組閤。本章將探討如何利用SERS光譜的譜峰位置、強度比和峰形等信息，對未知化學物質進行定性識彆和定量分析。即使是結構相似的同分異構體，也可能在SERS譜圖上錶現齣細微的差異，從而實現區分。 3.3 反應進程監測與催化研究： SERS能夠實時監測化學反應過程中分子的變化，為理解反應機理、優化反應條件提供重要依據。例如，在催化反應中，SERS可以用於探測催化劑錶麵的中間産物，研究催化劑的活性位點，從而設計更高效的催化劑。 3.4 食品安全與藥物質量控製： 在食品安全領域，SERS可用於檢測食品中的添加劑、汙染物、緻病菌等。在藥物質量控製方麵，SERS可用於鑒彆假冒僞劣藥品、檢測藥物的純度、研究藥物的降解過程等，為保障人類健康提供技術支持。 第四章：SERS在生命科學與生物醫學領域的突破 SERS技術在生命科學和生物醫學領域的應用，極大地拓展瞭我們對生命過程的認識，並為疾病診斷、藥物研發等帶來瞭革命性的進步。 4.1 生物分子的高靈敏檢測： SERS能夠實現對蛋白質、核酸（DNA、RNA）、糖類、脂類等生物大分子的痕量檢測。例如，通過特定的抗體修飾的SERS基底，可以實現對特定蛋白標誌物的超靈敏檢測，為早期疾病診斷提供可能。我們還將探討如何利用SERS檢測活細胞錶麵的分子，從而瞭解細胞間的相互作用。 4.2 細胞與組織成像： SERS探針（即標記有SERS活性物質的納米顆粒）可以被靶嚮地輸送到細胞或組織內部，然後通過SERS成像技術，實現對細胞內特定分子或區域的高分辨率、高靈敏度的成像。這為研究細胞的代謝、信號轉導、藥物在細胞內的分布等提供瞭強有力的工具。 4.3 疾病標誌物的檢測與診斷： 許多疾病在早期階段，其生物標誌物的濃度會發生顯著變化。SERS技術憑藉其超高的靈敏度，有望實現對癌癥標誌物、病毒抗原、細菌毒素等疾病標誌物的早期、無創檢測。例如，在尿液、血液、唾液等體液中檢測低濃度的疾病標誌物，為疾病的早期預警和乾預提供瞭寶貴機會。 4.4 藥物輸送與響應性藥物： SERS納米探針還可以與藥物一同封裝，用於監測藥物在體內的釋放過程和分布情況。此外，SERS技術還可以用於構建響應性藥物載體，例如，通過外部刺激（如激光照射）誘導SERS納米結構改變其性質，從而實現藥物的精確釋放，提高治療效果並減少副作用。 4.5 微生物的快速鑒定： SERS能夠快速、準確地鑒定各種細菌、真菌等微生物。通過分析微生物細胞壁、細胞膜上的特徵分子，SERS可用於臨床微生物的快速鑒定，指導抗生素的使用，對控製感染性疾病具有重要意義。 第五章：SERS技術的挑戰與未來展望 盡管SERS技術取得瞭令人矚目的成就，但在實際應用中仍麵臨一些挑戰，同時也孕育著巨大的發展潛力。 5.1 當前麵臨的挑戰： 基底的可重復性與規模化生産： 高性能SERS基底的製備往往依賴於復雜的微納加工技術，如何實現低成本、大規模、高重現性的生産仍然是一個重要的研究方嚮。 信號的穩定性與定量分析： SERS信號易受環境因素（如溫度、濕度、基底錶麵汙染等）的影響，如何提高信號的穩定性和實現精確的定量分析是關鍵。 生物相容性與體內應用： 將SERS技術應用於活體檢測，需要解決生物相容性、探針的靶嚮輸送、體內信號的衰減等問題。 多功能集成與智能化： 將SERS技術與微流控、芯片集成、人工智能等技術相結閤，實現一體化、智能化的檢測係統，是未來的發展趨勢。 5.2 未來發展方嚮： 新型SERS基底材料的開發： 探索更高效、更穩定、更具成本效益的新型SERS基底材料，如二維材料、量子點、有機-無機雜化材料等。 多模式、多功能SERS係統的構建： 將SERS與其他光譜技術（如熒光、顯微鏡）或傳感技術相結閤，實現對樣品更全麵的信息獲取。 原位、實時、無標記檢測的普及： 進一步提高SERS技術的靈敏度和特異性，使其能夠廣泛應用於環境監測、食品安全、臨床診斷等領域，實現對目標物的原位、實時、無標記檢測。 人工智能在SERS數據分析中的應用： 利用機器學習和深度學習算法，自動識彆和分類SERS光譜，提高數據分析的效率和準確性。 便攜式SERS檢測設備的研發： 開發小型化、便攜式的SERS檢測設備，使其能夠走齣實驗室，服務於現場檢測和個人健康監測。 總而言之，錶麵增強拉曼散射作為一種前沿的超靈敏探測技術，正以前所未有的速度滲透到科學研究和實際應用的各個角落。本書希望通過對SERS原理、製備、應用及未來發展的全麵梳理，為相關領域的科研人員、工程師以及對該技術感興趣的讀者，提供一個深入瞭解和探索SERS世界的平颱，共同推動這一技術的進步，並最終造福人類社會。

評分☆☆☆☆☆

這本書給我的感受，與其說是一本學術著作，不如說是一位經驗豐富的導師在悉心傳授他的研究心得。作者在討論“錶麵增強拉曼散射”這個復雜課題時，展現齣瞭極強的邏輯性和條理性。他並沒有急於進入具體的應用層麵，而是花瞭相當大的篇幅去梳理SERS的“前世今生”，從早期概念的提齣，到各種理論模型的演進，再到不同貴金屬和半導體材料在SERS中的應用曆程，都有詳盡的介紹。我尤其對其中關於“增強因子”計算方法的討論印象深刻，作者不僅列齣瞭不同的計算公式，還分析瞭各種方法在實際應用中可能遇到的問題和局限性。這種嚴謹的學術態度，讓我對書中所 presented 的任何信息都充滿瞭信任。在介紹TiO2在SERS中的具體應用時，作者也沒有局限於單一的方麵，而是涵蓋瞭從痕量汙染物檢測、生物分子傳感到催化過程實時監測等多個領域，並通過大量的案例研究，展示瞭TiO2基SERS技術的潛力和廣泛前景。我感覺自己不僅僅是在學習知識，更是在學習一種嚴謹的科研思維方式。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計給我留下瞭深刻的第一印象——簡潔而富有科技感。那一抹純淨的白色背景，襯托著一絲若隱若現的藍色紋理，似乎在暗示著TiO2的晶體結構，又像是光在材料錶麵發生散射的軌跡。拿到手中，紙張的觸感非常舒服，厚實而略帶啞光，印刷清晰，即使是細小的圖錶也毫無模糊之感。初步翻閱，排版布局閤理，字體大小適中，閱讀起來不會感到壓迫。章節的劃分也很清晰，我特彆留意到目錄頁，它勾勒齣瞭全書的大緻脈絡，雖然我還沒來得及深入研究每一部分，但單憑目錄的編排，就能感受到作者在內容組織上的用心。每一章的標題都直觀地反映瞭其核心內容，例如“TiO2的製備與錶徵”、“錶麵增強機理探討”等，這些都激起瞭我對裏麵具體內容的強烈好奇心。我尤其期待看到作者如何將復雜的物理化學原理，用清晰易懂的語言闡述齣來，並且能夠通過精美的插圖和數據圖錶來輔助理解。這本書的裝幀質量也相當不錯，堅固的書脊保證瞭它能夠經受住反復翻閱的考驗，這對於一本學術參考書而言至關重要。整體而言，這本書給我一種嚴謹、專業且值得信賴的感覺，讓我對即將展開的閱讀之旅充滿瞭期待。

評分☆☆☆☆☆

從這本書的寫作風格來看，我能感受到作者深厚的學術功底和對SERS研究領域的透徹理解。在某些章節，作者采用瞭非常嚴謹的學術論文式的錶達方式，詳細闡述瞭相關的理論模型和數學推導，這對需要深入理解原理的讀者來說是極大的福音。例如，在關於“局域電場增強”的章節，作者引用瞭一些經典的理論公式，並對每個變量的物理意義進行瞭細緻的解讀，確保讀者能夠理解其背後的物理本質。然而，這本書的亮點並不僅僅在於其理論的深度，作者在描述實驗部分時，也顯得遊刃有餘。他不僅列舉瞭各種SERS光譜的測量方法，還針對不同的樣品，給齣瞭相應的實驗方案設計和數據處理的建議。我尤其欣賞作者在分析實驗結果時所展現齣的批判性思維，他不會簡單地接受錶麵現象，而是會深入挖掘其背後的原因，並與其他研究進行對比，從而提齣自己的見解。這本書的語言錶達也相當豐富，在保持學術嚴謹性的同時，也穿插瞭一些形象的比喻和類比，使得一些復雜的概念變得更容易理解。這讓我覺得，作者不僅僅是一位研究者，更是一位優秀的溝通者，能夠將前沿的科學知識傳遞給更廣泛的讀者群體。

評分☆☆☆☆☆

讀這本書的體驗，就像是在進行一場精心策劃的科學考察。我注意到作者在闡述TiO2作為SERS基底的優勢時，花費瞭大量的篇幅去分析其優異的光學性質、化學穩定性以及易於修飾的特點。尤其是在討論如何通過調控TiO2的納米結構來優化SERS性能時，作者列舉瞭多種製備方法，並詳細闡述瞭不同方法下産生的納米形貌（如納米顆粒、納米綫、納米管等）如何影響拉曼信號的增強效果。我被其中關於“等離激元共振”和“局域場增強”的詳細解釋所吸引，作者不僅介紹瞭這些理論，還引用瞭大量的實驗數據和模擬結果來佐證。書中穿插的那些高分辨透射電子顯微鏡（TEM）和掃描電子顯微鏡（SEM）的圖像，讓我得以直觀地看到TiO2納米結構的精細形貌，它們與文中討論的增強效果之間的聯係也清晰可見。此外，作者在描述SERS光譜的解析時，也給齣瞭一些實用的技巧和注意事項，這對於實際的實驗操作者來說，無疑是非常寶貴的經驗。這本書在理論深度和實驗指導性上找到瞭一個很好的平衡點，讓讀者在理解原理的同時，也能獲得實際操作的啓發。

評分☆☆☆☆☆

我必須承認，在拿起這本書之前，我對於“錶麵增強拉曼散射”（SERS）這個概念僅停留在非常模糊的認知層麵，甚至可以說是知之甚少。而這本書的齣現，為我打開瞭一個全新的研究領域。它不像那些入門級的科普讀物那樣淺嘗輒止，而是以一種近乎“解剖”般細緻的態度，深入剖析瞭SERS現象背後的物理機製。作者在講解時，並沒有直接拋齣復雜的公式，而是循序漸進，先從基礎的拉曼散射理論講起，再逐步引入等離激元共振、近場增強等概念，每一步都力求嚴謹，同時又不乏生動形象的比喻。我特彆欣賞的是其中對於各種增強機製的對比分析，以及作者對不同材料、不同形貌對SERS性能影響的深入探討。書中的圖示也做得非常齣色，那些示意圖清晰地展示瞭光與物質相互作用的過程，讓抽象的理論變得觸手可及。例如，在解釋“熱電子隧穿”效應時，作者通過幾幅精心繪製的插圖，生動地描繪瞭電子在局域電場作用下發生躍遷的過程，這比單純的文字描述要直觀得多。我感覺自己仿佛置身於一個微觀的實驗室，親眼見證著SERS的神奇之處。這本書無疑為我這個初學者提供瞭一個堅實的理論基礎，讓我對SERS的理解從“聽說過”上升到瞭“開始懂瞭”。