通过调研，我了解到SERS是一项用于探测和鉴定各种分子的重要技术，除了贵金属和过渡金属外，一些半导体材料表现出显著的SERS效应。和金属基底相比，半导体材料具有成本低、化学稳定性高、表面柔韧性好、生物相容性好等优点，更重要的是具有广泛的应用前景。为了获得较高的SERS效应，目前的SERS策略主要依赖于空位缺陷介导的方法，这种方法基于与入射光子产生共振的电荷转移(CT)路径，而对于基于电磁近场的SERS有源半导体基底的设计知之甚少。事实上，半导体微结构和纳米结构也可以获得高电场。在这种半导体材料中，强散射特性并非来自表面等离子共振，而是来自回音壁模式的光学共振，也称为Mie共振。以Mie共振为基础的半导体SERS过去已有报道，前人的研究证实了Mie共振理论应用于SERS增强的可行性。
以往的研究表明，Mie共振发生在100-300nm的粒径范围内。Mie共振具有微米级粒子中超强的光与物质相互作用的优点，对粒子的尺寸和几何形状非常敏感。根据Mie理论，近场散射效率()的定义是评估球形粒子将入射电场强度转化为近场电场强度的能力。ZnO作为一种SERS活性底物已被广泛研究，以ZnO超结构为例来说明Mie共振对SERS增强的贡献。如果分子附着在ZnO球上，其直径满足Mie共振激发条件，这种增强的近场电场将导致入射波与分子的耦合大大增强，从而导致Mie共振对SERS增强的贡献。从这样一个简单的考虑，我们得出结论，亚微米尺寸的ZnO粒子可以进一步提高SERS性能。
为了研究Mie共振对SERS增强的贡献，采用多元醇介导沉淀法合成了高度均匀的二次球形ZnO超结构。这些次生胶粒是由许多微晶原位组装而成，形成球状结构。通过粉末x射线衍射(XRD)分析比较了这些样品的微晶尺寸。结果表明，球径的变化对结晶相的纯度没有影响。此外，原晶的尺寸几乎保持不变，而球形ZnO超结构的尺寸保持增大。
为了验证Mie散射效应的存在，测量了ZnO超结构在400-800nm范围内的消光光谱，确定了其散射共振峰。为便于比较，用Mie理论计算了单分散ZnO球的消光光谱。粒子大小作为模拟的唯一参数。实验结果展示了大量的纹波结构，每一个纹波结构都对应着粒子的散射效率随入射光波长的变化。结果表明，在性质上与远场散射效率相似，但其振幅远大于远场散射效率。这些结果间接揭示了氧化锌超结构具有Mie近场散射效应，不同尺寸氧化锌超结构的散射效应存在明显差异。
综上所述，研究发现证明了一种新的半导体SERS活性基底——亚微米二次球形ZnO超结构，这种超结构既能提供良好的Mie共振，又能维持高效率的CT。即使没有光诱导的CT贡献，由于 Mie 共振和静态化学增强的协同作用，EF也可以达到103，这意味着半导体超结构可以作为不同分析物的通用SERS活性基底。我们相信这些结果可能为设计高性能SERS活性半导体基底开辟一条新的途径。
第一阶段 文献调研，落实、细化方案
第二阶段 实验测定不同情况Mie共振下的表面增强拉曼强度变化规律
第三阶段 分析试验数据，并解释其机制
第四阶段 总结工作，撰写毕业论文，准备毕业答辩事宜
- 选题背景和意义：表面增强拉曼散射是一项用于探测和鉴定各种分子的重要技术，被广泛应用于物理、化学和生物等领域而因此在应用和学术研究上受到了持续的关注。Mie散射来源于求解球形散射体与电磁波场相互作用解析解。基于Mie散射的Mie共振则在声学，光学和磁学等领域有着重要作用。为了获得较高的SERS效应，目前的SERS策略主要依赖于空位缺陷介导的方法。事实上，半导体微结构和纳米结构也可以获得高电场。在这种半导体材料中，强散射特性并非来自表面等离子共振，而是来自回音壁模式的光学共振，也称为Mie共振。意义在于可通过实验及计算模拟找出匹配入射光波长的最佳粒径大小，从而制备一系列表面增强拉曼基底，为其它如生物、医药、化学等领域发现和研究新结构分子提供有效的检测手段。
- 课题关键问题及难点：本研究通过在非贵金属基底表面制备不同粒径大小的纳米结构，从而研究相对应的Mie共振下的表面增强拉曼强度变化规律。难点在于由于其他拓扑共振的存在，实验结果不能准确地反映Mie共振对SERS增强的贡献。
- 文献综述（或调研报告）：
- 方案（设计方案、或研究方案、研制方案）论证：调研Mie共振对增强拉曼散射的影响，通过调研初步决定使用ZnO超结构作为实验材料，选取不同平均直径的样品，样品1的平均直径约为220nm，样品2约为267nm，样品3约为353nm，样品4约为443nm，样品5约为490nm；通过粉末x射线衍射(XRD)分析比较了这些样品的微晶尺寸；用Scherrer公式估算所有样品的平均晶粒尺寸；分析数据并总结，解释Mie共振对SERS增强机制。
- 进度安排：
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