获奖项目名称：

高性能耐腐蚀表面增强拉曼芯片设计及产业化研究

第一完成单位：

清华大学

项目联系人：

王炜鹏

联系人电话：

15810485977

联系人邮箱：

wpwang@tsinghua.edu.cn

项目简介：

  表面增强拉曼光谱及其芯片具有微痕量物质指纹特征检测能力，是非常具有应用前景的先进传感技术。但其应用受限于其基本功能单元，即贵金属纳米结构的环境稳定性问题。本项目从金属纳米结构的腐蚀防护科学问题出发，通过理论指导精准构筑了面向多种应用场景的高性能表面增强拉曼芯片；创新性的发展了低温原子层包覆及阳极金属微合金化普适方法，实现高性能芯片的腐蚀防护，破解了稳定性与增强性能的倒置耦合关系，并实现产业化应用。主要创新成果如下：
  1）建立了等离激元贵金属纳米结构的电磁仿真理论及方法。提出了平均电磁增强因子光谱的理念，实现了表面等离子体近场数值成像；系统研究了多种纳米结构及其阵列的电磁响应行为，揭示了纳米棒长与共振峰位的线性规律，为高性能芯片的设计和腐蚀防护策略提供理论指导；
  2）开发了面向多种应用场景的种高性能表面增强拉曼芯片。发展了基于“倾斜生长现象”的一维纳米结构制备技术，实现了一维纳米结构的可控规格化制备、原位掺杂，实现了典型环境污染物的痕量检测；开发了纸基、金属基、陶瓷基、聚合物基等高性能增强芯片，实现多种场景的高性能应用；
  3）发展了低温原子层包覆及阳极金属微合金化腐蚀防护方法。突破了低温原子层沉积技术，实现了金属纳米结构表面陶瓷壳层的完整包覆并实现了亚纳米厚度的精准调控，大幅度提高了高性能芯片的耐蚀及综合环境稳定性；筛选了多种具有阳极保护功能的金属并实现了其在纳米结构内的可控掺杂，结合低温热处理工艺，实现了高性能芯片的原位钝化；
  4）实现了高性能耐腐蚀增强芯片的产业化。自主设计并搭建了大批量芯片生产技术与装备，攻克了纳米结构宏量化制备难题；开发了“沉积-包覆”原位联动平台，实现了高性能芯片的原位包覆增强，具有痕量检测能力的芯片年产能超过一百万片，性能稳定期不少于180天。
  该成果申请/授权发明专利24项，发表 SCI 学术论文85篇，被引2488次，获国际知名期刊Chemical Reviews等专题报道，产生重要的国际影响力。该成果首次实现了耐腐蚀高性能表面增强拉曼芯片的批量化制备技术，为表面增强拉曼传感技术在我国国防安全、疾病筛查、环境监测等领域的应用提供重要的技术支撑。相关技术已得到中国工程物理研究院材料研究的应用，并在物证检测、毒品监测及安全防卫等场合得到应用。