采用微量的样品获得超高精度检测是当前表面增强拉曼光谱（SERS）领域研究的热点，尤其是如何实现待测液滴 的定位浓缩并在显微拉曼光谱仪上快速捕捉到微小的浓缩区对于自动化测量及该技术的推广至关重要。本项目瞄准飞秒 激光加工技术在 SERS 基底制备中的广泛工程应用前景，针对硅、金属和玻璃等典型的 SERS 基底材料开展飞秒激光制 备具有粘附性差异的图案化超疏水 SERS 的系统化研究，从而实现低浓度微量样品的高精度拉曼光谱检测，以及显微拉 曼光谱仪下液滴浓缩区的快速捕捉，并进一步厘清激光制备图案化分级式微纳米结构的工艺机理、调控机制，以及结构 化表面上的 SERS 增强机制，将为激光制备 SERS 基底技术的进一步工程化、实用化打下坚实基础。

1）前期研究基础及成果 

采用 515 nm@10ps 超快激光在纯钛表面刻蚀十字沟槽图案，构筑了一种典型的微纳米分级结构 (Micro-nano hierarchical structure, MNHS)，用低表面能试剂进行修饰后获得接触角 162.3°、滚动角 2°的低粘附力超疏水表面 以及图形化的超亲水图案，从而实现对纳米颗粒沉积图案的形状和尺寸的调控。该成果发表在 Optics Letters, 2017, Vol.42。   

2）研究计划及预期成果 

2022 年 1 月至 2022 年 6 月，使用时域有限差分法（FDTD），基于飞秒激光所制备的典型微纳米分级结构，结合 其表面所覆盖的疏水性银膜，对该结构类型建立相应的三维模型，分别在 325 nm、457 nm 和 532nm 的入射光激发下， 对微纳米结构在外界激光的照射下表面电场分布进行了数值模拟。利用已构建的数学模型，研究微纳米复合结构下的出 射光传输机制和光场分布，分析微纳米图形结构特征和形状大小对光提取效率的影响，探索激发光波长对 SERS 活性的 影响。发表高水平论文 1 篇。 

2022 年 7 月至 2021 年 12 月，对典型 SERS 基底材料（硅、金属、玻璃等）表面超疏水结构的疏水性、稳定性、 耐久性的测试和综合评价方法进行设计，研究飞秒激光刻蚀制备的典型超疏水表面粗糙结构尺寸大小、结构类型对其疏 水性质的影响机理，对超疏水表面的滚动性质、 微结构类型及粗糙界面微观形态与水滴滚动角、接触角间的关系及控制 机理进行研究。通过实验结果的对比分析，掌握飞秒激光制备图案化超疏水表面的中心高粘附性图案的尺寸、形状及表 面微纳米结构的尺寸和类型对 SERS 性能的影响规律。水平论文 1 篇，并完成项目结题报告