基于MoS2与金银纳米颗粒膜结构修饰AAO的复合材料制备及其表面增强拉曼散射效应研究

研究人员针对传统SERS（表面增强拉曼散射）基底电磁增强（EM）与化学增强（CM）协同不足的问题，设计了一种结合PMMA倒置AAO纳米结构、MoS2中间层和金银纳米颗粒的复合基底。该基底通过双曲超材料（HMM）激发体等离子体激元（BPP），耦合局域表面等离子体（LSP），形成高密度"热点"，实现了对R6G和CV分子10-12 M级的超灵敏检测，为生物传感领域提供了新方案。

　　

在分子检测领域，表面增强拉曼散射（SERS）技术因其非破坏性和超高灵敏度备受瞩目。然而传统SERS基底面临两大瓶颈：二维结构的光利用率低导致"热点"分布稀疏，以及单一金属材料的电磁增强（EM）与化学增强（CM）难以协同优化。更棘手的是，现有三维结构如微米级"金字塔"阵列存在耦合弱、分子渗透深度不足等缺陷，严重制约了检测灵敏度。

针对这些挑战，山东师范大学物理与电子科学学院的研究团队在《Optics》发表了一项突破性研究。他们创新性地将二硫化钼（MoS₂）化学增强特性与金银纳米结构的电磁增强相结合，通过反向制备法制备出AgNPs/MoS₂-Au薄膜/倒置AAO-PMMA（IAAOPMMA）柔性谐振系统。该研究巧妙利用双曲超材料（HMM）支持高波矢量体等离子体激元（BPP）的特性，配合银纳米颗粒（AgNPs）的外耦合结构，在纳米级谐振腔内实现了光场能量的多重放大。

关键技术包括：1）采用PMMA倒模AAO模板构建三维锥形阵列谐振腔；2）通过化学气相沉积在AAO表面生长MoS₂薄膜作为CM增强层；3）磁控溅射沉积金膜形成HMM结构；4）真空蒸镀AgNPs构建LSP耦合体系。

【材料表征】
扫描电镜显示倒置AAO模板成功转移至PMMA层，AgNPs均匀分布在MoS₂-Au薄膜表面（图2a）。能谱分析证实Mo、S、Au、Ag元素梯度分布（图2d），X射线衍射谱显示MoS₂的（002）晶面特征峰（图2e），验证了材料的成功制备。

【SERS性能】
以罗丹明6G（R6G）和结晶紫（CV）为探针分子，该基底检测限分别达6.93×10^-12 M和5.16×10^-11 M，增强因子（EF）达9.2×10⁹。对海鲜表面CV的原位检测限为3.78×10^-6 M，显著优于传统基底（图4）。三维有限元模拟揭示：入射光在锥形腔体内多次反射（图3b），AgNPs间隙的局域电场强度提升近20倍（图3d），证实了BPP-LSP协同增强机制。

【结论与意义】
该研究通过材料体系创新与结构设计，实现了三项突破：1）首次将HMM的BPP模式引入SERS基底设计，解决了高波矢量激元难以激发的问题；2）MoS₂中间层兼具CM增强和内标功能，提升了检测可靠性；3）柔性PMMA基底使器件可贴合不规则表面，拓展了原位检测场景。这种"电磁-化学"双增强的柔性传感器为食品安全监测、早期疾病诊断等领域提供了新工具，其反向制备工艺更具备规模化生产潜力。研究团队特别指出，该设计策略可推广至其他二维材料（如石墨烯）与等离子体结构的组合，为开发下一代高性能SERS基底开辟了新路径。