1 河北工程大学数理科学与工程学院，河北 邯郸 056038
2 河北省计算光学成像与光电检测技术创新中心，河北 邯郸 056038
3 河北省计算光学成像与智能感测国际联合研究中心，河北 邯郸 056038
表面增强拉曼散射（SERS）是一种非接触式、无损伤、高灵敏的光谱分析技术，具备分子指纹识别能力，在材料学、化学、物理学、地质学和生命科学等学科有着广泛的应用。相较于传统的刚性基底，柔性SERS基底能够对非平面表面的分析物进行原位检测和现场实时检测。然而，设计和制备高灵敏、高重现性的柔性SERS基底仍存在一些挑战。因此，综述了柔性SERS基底的最新研究进展，探讨了5种不同类型柔性SERS基底的制备、性能和应用以及未来发展趋势，对SERS基底的研究具有一定指导意义。
光谱学 表面增强拉曼散射 柔性薄膜 纳米材料 快速检测 激光与光电子学进展
2024, 61(9): 0900010
Author Affiliations
Abstract
1 School of Optical and Electronic Information, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
2 Wuhan National Laboratory for Optoelectronics, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
3 Key Laboratory of Vascular Aging, Ministry of Education, Tongji Hospital Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430030, China
4 State Key Laboratory of Material Processing and Die & Mould Technology, School of Materials Science and Engineering, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430074, China
5 Shenzhen Huazhong University of Science and Technology Research Institute, Shenzhen 518063, China
Curvature sensing plays an important role in structural health monitoring, damage detection, real-time shape control, modification, etc. Developing curvature sensors with large measurement ranges, high sensitivity, and linearity remains a major challenge. In this study, a curvature sensor based on flexible one-dimensional photonic crystal (1D-PC) films was proposed. The flexible 1D-PC films composed of dense chalcogenide glass and water-soluble polymer materials were fabricated by solution processing. The flexible 1D-PC film curvature sensor has a wide measurement range of 33–133 m-1 and a maximum sensitivity of 0.26 nm/m-1. The shift of the transmission peak varies approximately linearly with the curvature in the entire measurement range. This kind of 1D-PC film curvature sensor provides a new idea for curvature sensing and measurement.
curvature sensor one-dimensional photonic crystals solution processing chalcogenide glass flexible film Chinese Optics Letters
2024, 22(2): 021601
采用蒸发结晶法在低温常压条件下制备Cs3Bi2I9单晶，温度为60~90 ℃，保温时间为18~30 h。研究温度和保温时间对Cs3Bi2I9单晶晶体结构和光学性能的影响。使用机械剥离法制备基于柔性衬底的Cs3Bi2I9单晶薄膜，研究薄膜的电学性能。结果表明，在结晶度最优的目标下，Cs3Bi2I9单晶制备的优化工艺条件为温度60 ℃，保温时间26 h。温度和保温时间对Cs3Bi2I9单晶的结晶度、紫外可见光吸光度和光致发光性能的影响一致。柔性Cs3Bi2I9单晶薄膜具有显著的光电特性，且工作时具有良好的稳定性。Cs3Bi2I9单晶薄膜的弯折耐久度良好，90°弯折100次后，仍能保持原有性能的84.4%。无铅钙钛矿Cs3Bi2I9单晶薄膜在柔性光电传感器件上具有潜在的应用前景。
无铅钙钛矿 单晶 柔性薄膜 机械剥离 结晶度 lead-free perovskite Cs3Bi2I9 Cs3Bi2I9 single crystal flexible film mechanical exfoliation crystallinity
1 南京邮电大学 电子与光学工程学院，江苏 南京 210023
2 南京邮电大学 集成电路科学与工程学院，江苏 南京 210023
3 南京邮电大学 射频集成与微组装技术国家地方联合工程实验室，江苏 南京 210023
一维手性软光子晶体胆甾相液晶（CLC）在防伪标签、纳米激光器和传感等领域具有广泛的应用。本文采用多步图案化紫外固化方法并结合清洗-重填工艺，实现了多色的柔性自支撑CLC薄膜反射器件。采用标签打印机打印PET图案作为掩膜版，对可聚合的CLC材料进行紫外固化，得到图案化的柔性自支撑CLC薄膜反射器件。在此基础上，将非固化区域的液晶材料洗去并重新填充不同手性剂含量的CLC，再次图案化紫外曝光，即可实现多色的柔性自支撑CLC薄膜反射器件。研究了不同入射角、弯曲曲率半径和温度对反射器件光学性能的影响。实验结果表明，采用上述方法制备的多色可自支撑反射器件具有良好的柔性，不同曲率半径下的布拉格反射中心波长基本不变。随着温度升高，布拉格反射中心波长红移，且具有良好的线性度。多色的可自支撑柔性薄膜反射器件可拓展CLC在显示、传感、激光防护和微纳光学等领域的进一步应用。
胆甾相液晶 布拉格反射 多色自支撑柔性薄膜 光学器件 cholesteric liquid crystal bragg reflection free standing flexible film optical devices
MgAgSb是一种具有潜力且元素储量相对丰富的室温热电材料, 有望用于构建高性能可穿戴温差电池。本研究尝试在聚酰亚胺(PI)基底上磁控溅射制备MgAgSb薄膜, 并系统研究退火条件对其热电性能的影响。结果表明样品未形成纯相的MgAgSb柔性热电薄膜, 而是形成了由Ag3Sb、MgO及Sb2O4多相组成的柔性薄膜, 其中Ag3Sb起主要热电功能。不同气氛退火可以显著提升MgO-Ag3Sb-Sb2O4 (Mg-Ag-Sb)柔性薄膜的热电性能, 其中真空处理性能最佳。在真空条件下, 随着退火温度升高, 柔性薄膜的热电性能呈现先增加后减少的趋势, 当退火温度为573 K时热电性能最佳, 室温附近功率因子达到74.16 μW?m-1?K-2。并且, 薄膜表现出较好的柔性, 弯曲900次后, 电导率仅变化了14%。本研究为MgAgSb柔性热电薄膜的制备及可穿戴应用提供了参考。
MgAgSb 退火处理 热电性能 柔性薄膜 MgAgSb annealing treatment thermoelectric property flexible film 
表面增强拉曼光谱(SERS)是目前最灵敏的分析技术之一, 广泛应用于生命科学、 材料科学、 环境科学及分析化学等领域。 SERS基底的特性决定了该技术的实际应用范围, 是推动该技术发展的关键, 高活性SERS基底的制备已经逐渐成为SERS研究领域的热点。 为了获得最佳的拉曼信号, 对具有特殊特性的SERS活性基底的需求一直很大。 柔性SERS基底因具有良好的柔韧性, 3D支架结构和表面可控的孔径大小等独特优势, 在检测化合物和细菌等方面有很好的应用价值。 Nylon(尼龙)柔性膜表面具有分级及多孔交错排列3D结构的特点, 将固相萃取装置与特殊材料Nylon柔性膜相结合, 通过改变金纳米颗粒的附着量以及金纳米颗粒与膜结合次数, 制备了高SERS活性的金纳米-Nylon(Au-Nylon)柔性膜基底。 研究表明, 金纳米颗粒能很好地附着在Nylon纤维上, 纳米颗粒与Nylon柔性膜表面等离子共振耦合作用, 形成金纳米颗粒与Nylon纤维的复合体, Au-Nylon柔性膜基底的等离子共振吸收峰发生蓝移。 首次处理后的Nylon纤维与其所附着的金纳米颗粒形成新的活性截留层, 有助于使再次处理时金颗粒更好地附着在柔性膜表面, 产生SERS“热点”效应, 提高其SERS性能。 利用结晶紫(CV)作为SERS探针分子, 对Au-Nylon柔性膜基底SERS性能进行分析, 发现CV探针分子在Au-Nylon柔性膜基底上的SERS强度随金纳米颗粒的附着量以及金纳米颗粒与膜结合次数而变化。 对于面积为1 cm2的Au-Nylon柔性膜基底, 当单次过滤金溶胶1 mL, 与膜结合2次, 总结合量2 mL时, CV探针分子的SERS信号最强, SERS活性最强。 采用Au-Nylon柔性膜基底对浓度为2.5×10-5, 1×10-5, 1×10-6, 5×10-7及1×10-7 mol·L-1的CV溶液进行的SERS检测, 发现Au-Nylon柔性膜基底对CV探针分子检测极限达1×10-6 mol·L-1, 增强因子达到1.0×104。 此外, Au-Nylon柔性膜基底均匀性较好, 相对平均偏差为11.8%。 Au-Nylon柔性膜基底在微生物检测中, 仍具有良好SERS活性, 对金黄色葡萄球菌的SERS增强效果优于金溶胶。 由此可见, 研究中制备的Au-Nylon柔性具有良好的均一性, 并具有较好的SERS活性, 该方法简单且易批量制备, 无论在化合物检测还是微生物检测中都具有良好的实际应用价值。
表面增强拉曼光谱 Au-Nylon柔性膜基底 柔性基底 Surface-enhanced Raman spectroscopy Au-Nylon flexible film substrate Flexible base
1 上海大学 材料科学与工程学院, 上海 200444
2 中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所 中国科学院纳米器件与应用重点实验室, 江苏 苏州 215123
3 上海空间电源研究所 光伏研究中心, 上海 200245
对柔性GaAs基太阳电池的制备方法进行研究, 报道了一种用于制备柔性倒置生长的AlGaInP/AlGaAs/GaAs三结太阳电池的剥离和转移方法——金属背支撑选择性湿法刻蚀技术。在GaAs/GaInP选择性腐蚀的基础上进行了GaAs衬底层的腐蚀, 研究了不同类型和体积比的溶液对GaAs/GaInP/AlInP结构腐蚀的选择特性, 最终选用不同配比的H2SO4-H2O2系腐蚀液, 获得快速、可控制、重复性好的去除衬底的两步腐蚀法。原子力显微镜测试结果表明, 通过此方法能够成功地将电池外延层薄膜转移到Cu衬底上, 并且在剥离和转移过程中外延层薄膜没有受到损伤。柔性AlGaInP/AlGaAs/GaAs三结太阳电池的开路电压超过3.4V。
太阳电池 柔性薄膜 湿法腐蚀 重量比功率 AlGaInP/AlGaAs/GaAs AlGaInP/AlGaAs/GaAs solar cell flexible film wet etching power-to-weight ratio
西北工业大学应用物理系智能材料实验室, 西安 7100129
采用平板电极化学电沉积的方法，通过调节实验参量，在柔性ITO导电薄膜基底上制备了尺度与红外波长匹配、结构单元大小不等、排列无序的银树枝状结构.通过调节聚乙二醇-20000浓度可以很好地调控银树枝状结构单元的形貌和尺寸，研究发现，在一定范围内增加电解液中的聚乙二醇-20000浓度，可在基底上形成分布较密、分枝较细、分枝级数较高的银树枝状结构单元.通过在银树枝状结构表面涂覆一定厚度的聚乙烯醇作为绝缘层，组装成了柔性“三明治”结构复合材料，测试得到样品在红外波段的多通带透射谱，平板聚焦实验进一步验证了样品的左手效应.
柔性基底 化学电沉积 树枝状银 三明治结构 左手材料 Flexible film Electrochemical deposition Silver dendriticlike structure Sandwich configuration Left-handed metamaterials
