纳米Ag材料表面等离子体激元引起的表面增强拉曼散射光谱研究

用热蒸发的方法制备了纳米Ag材料,并用扫描电子显微镜对纳米粒子进行了形貌的表征,通过紫外—可见分光光度计得到Ag纳米粒子的透过谱,得到了Ag纳米粒子的表面等离子体共振的峰值位置.以罗丹明6G为探针分子测定Ag纳米粒子衬底的表面增强拉曼散射效应,通过拉曼散射光谱与透过谱研究了由表面等离子体激元的强极化场引起的表面增强拉曼散射效应,结合透过谱与拉曼增益因子提出了一种描述表面等离子体光学和电学特性的方法,并结合扫描电镜的结果给出了不同结构的纳米Ag材料对表面等离子体激元强度的影响. 关键词： 热蒸发 纳米Ag材料 表面等离子体 表面增强拉曼散射     

探针对表面等离子体共振的影响

采用时域有限差分方法(FDTD)对探针诱导表面等离子体共振耦合纳米光刻(PSPRN)技术中探针的引入对表面等离子体共振(SPR)产生的影响进行了模拟分析,以获得最佳的光刻实验条件。结果表明,高斯光束聚焦光斑越小,SPR场增强效应也越小。接触模式下,针尖曲率半径为10 nm的硅(Si),35 nm,100 nm的金(Au)探针,分别使SPR共振角变化了0,0.8°和1°。且对于Au探针,针尖曲率半径大的,针尖处的局域场增强效应要小。分析表明,采用针尖曲率半径为10 nm的Si或35 nm的Au探针,在合适的SPR膜层上通过调整光入射角度,很有可能实现50 nm的光刻记录点。     

纳米银组装结构的表面增强荧光效应

采用表面自组装技术,在玻片表面构筑银纳米粒子二维组装结构.银纳米粒子组装结构的吸收光谱表明银粒子表面等离子体共振与粒子间电磁偶合密切相关,偶极子表面等离子体共振更为敏感而发生较大位移.在银纳米粒子组装结构上,荧光素分子的荧光得到极大增强,其表面增强效应强烈依赖于组装金属粒子的表面等离子体共振.     

球型和棒状金纳米粒子的光谱性质比较

柠檬酸钠还原和诱导晶种生长法合成了球型和棒状金纳米粒子。金纳米粒子的吸收光谱表明,表面等离子体共振(SPR)强烈依赖于金属粒子的形状,球型粒子表现为单-SPR谱峰,而棒状粒子则具有横向和纵向SPR谱峰,且纵向SPR峰位和强度取决于棒状粒子的径横比。棒状金纳米粒子对吸附的对巯基苯甲酸分子的拉曼散射比球型金纳米粒子具有更强的表面增强性能,归因于棒状粒子高能晶面上的吸附可能导致的更强的化学增强效应。     

纳米银组装结构上罗丹明B的表面增强荧光效应

采用表面自组装技术,在玻璃表面构筑银纳米粒子的二维组装结构。银纳米粒子组装结构的表面等离子共振光谱中偶极子表面等离子体共振对组装结构更为敏感而表现出较大位移。组装银纳米粒子可极大增强罗丹明B的荧光。荧光的表面增强效应主要来自银纳米粒子对荧光分子所处区域的局部电磁场增强,银纳米粒子的表面分子修饰对其表面增强效应有较大的影响。     

金膜表面等离激元诱导邻巯基苯甲酸脱羧反应的表面增强拉曼光谱研究

贵金属纳米结构表面等离激元共振（SPR）因其广泛的用途而备受关注,它不仅可以催化某些特殊的表面反应,同时还能产生表面增强拉曼散射效应（SERS）,极大增强分子的表面拉曼信号,因此两者结合后可在纳米结构表面采用SERS光谱跟踪SPR催化反应。目前此类研究主要集中在氮氮（N═N）偶联,因此亟待拓展SPR反应种类及提高催化活性和效率。采用SERS光谱研究邻巯基苯甲酸（OMBA）分子在金纳米粒子单层膜（Au MLF）表面的脱羧行为。通过气液界面组装法制备“热点”分布均匀的金纳米粒子单层膜,以此作为基底,探讨了溶液pH值、激光功率及激光照射时长对该基底表面脱羧反应的影响。研究结果表明,吸附在Au MLF表面的OMBA分子在表面等离激元驱动下碱性和中性介质中发生脱羧基反应,生成苯硫酚（TP）,且碱性中反应活性大于中性溶液。在酸性介质中几乎不发生脱羧反应。较强的激光功率,脱羧反应的活性越高;产物SERS强度的增加与激光照射时间成线性关系,时间延长可提高脱羧反应的产率。这为拓展SPR驱动的光催化反应及深入理解其反应机理提供了实验依据。     

金属纳米间隙中SPR增强光电化学反应

研究属电极表面与金属纳米粒子构成纳米间隙的光物理和光化学特征。首先,当可见光激发等离激元共振(SPR)效应,分析了电极电位与纳米间隙结构的光吸收和光发射过程耦合作用。然后,我们考虑当分子存在纳米间隙的情况下,SPR对分子拉曼光谱信号的增强效应。最后,我们也考虑了激发SPR弛豫以及其与分子化学反应的关系。在上述的理论计算中,我们将界面电场和光电场耦合,考虑了纳米间隙结构中嵌入分子的光电化学反应。     

数值模拟探针诱导表面等离子体共振耦合纳米光刻

采用有损耗介质和色散介质的二维时域有限差分方法,数值模拟了以光波长514.5nm的p偏振基模高斯光束为入射光源,激发Kretschmann型表面等离子体共振,并通过探针的局域场增强效应实现纳米光刻的新方法——探针诱导表面等离子体共振耦合纳米光刻.分别就探针与记录层的间距以及探针针尖大小,模拟分析了不同情况下探针的局域场增强效应和记录层表面的相对电场强度振幅分布.结果表明,探针工作在接触模式时,探针的局域场增强效应最明显,记录层表面的相对电场强度振幅的对比度最大;当探针针尖距记录层5nm时,针尖下方记录层表面的相对电场强度振幅大于光刻临界值的分布宽度与针尖尺寸相近. 关键词： 纳米光刻 表面等离子体共振 时域有限差分方法     

二维自组装结构中银纳米粒子的吸收光谱特征

通过静电相互作用在聚乙烯吡啶修饰的玻璃表面组装了银纳米粒子的二维结构。吸收光谱结果表明,组装银粒子间的相互作用导致银粒子的偶极子表面等离子体共振发生较大的位移,但基本不改变四极子表面等离子体共振。银粒子表面吸附分子及周围介质直接影响其表面等离子体共振。     

Au@SiO_2单层膜间耦合效应的表面增强拉曼光谱研究

借助水/油两相界面自组装形成致密排列且有序稳定的Au@SiO2单层膜,通过膜层层转移到固相基底的方法制备了具有不同纳米粒子层数的SERS基底,成功在同一硅片上制备了六层Au@SiO2纳米粒子膜,研究了不同膜层数与SERS信号的关系,结合SERS成像技术可测定纳米粒子膜在基底上的层数。通过改变探针分子在多层纳米粒子膜上的位置,研究了纳米粒子膜间的耦合增强效应。研究表明,同一层膜表面探针分子的SERS信号分布均匀,随膜层数的增加,SERS信号明显增强,当膜层达到第五层时探针分子的SERS信号最强,之后几乎保持不变,说明SERS信号主要来源于表层的五层纳米粒子膜,位于五层以下纳米粒子对SERS效应并没有贡献。固定探针分子仅吸附于底层纳米粒子表面,当再覆盖一层裸露纳米粒子膜后,SERS信号达到最大,其主要源于热点的增强作用占主导地位,而覆盖至第三层时,SERS信号反而出现微小减弱,这是由于多层的Au@SiO2纳米粒子膜影响了激发光以及信号的传播,但粒子间产生的耦合效应仍对底层的探针分子起增强作用,当覆盖至五层Au@SiO2膜后,探针分子SERS信号完全消失,由此说明纳米粒子单层膜控制在三层以内可有效检测底层及以上所有纳米粒子上吸附分子的SERS信号,该结果为制备理想SERS基底提供了实验依据。     

电荷转移对纳米金属吸附分子拉曼光谱影响

在金,银纳米粒子表面修饰对巯基苯胺(PATP)分子,对其进行紫外及拉曼光谱性质表征。紫外吸收光谱显示修饰了单分子层的纳米粒子表面等离子体共振发生较大的红移,银粒子位移程度大于金粒子的。其拉曼散射增强效应研究表明,对巯基苯胺b2振动模式的极大增强是由电磁增强和化学增强效应共同决定的。金、银粒子上对巯基苯胺单分子层拉曼散射增强效应的差异主要来自金属与对巯基苯胺之间电荷转移能力的不同。     

苯硫酚吸附在新型Ag-Au合金纳米粒子上的表面增强拉曼光谱研究

以柠檬酸钠同时还原制备的Ag-Au合金纳米粒子为种子,用盐酸羟胺进一步使其生长得到粒径为40～60 nm的新型Ag-Au合金纳米粒子,采用UV-Vis光谱和TEM对纳米种子和再生长后的纳米粒子分别进行表征。两种粒子的UV-Vis光谱均只观察到一个等离子体共振峰,其频率随金的摩尔分数(x_Au)增加而红移,且TEM图像表明这两种粒子的颜色均一,因此判断这两种粒子均为合金结构。以苯硫酚为探针分子,研究了该新型合金纳米粒子的表面增强拉曼光谱(SERS),结果表明吸附了苯硫酚的合金纳米粒子的紫外最大吸收峰红移,并在近红外区出现聚集体的吸收峰。在632.8 nm波长激发下,由于表面等离子体共振效应Au上的SERS信号最强,而合金纳米粒子上的SERS信号随x_Au增大而增强。     

金银合金纳米粒子的合成及其SERS研究

采用柠檬酸三钠作为保护剂,通过水合肼还原的方法合成了不同组成的Au-Ag合金纳米粒子。UV-Vis光谱中只观察到一个位于单金属银和金之间的等离子体共振峰, 表明金银已形成合金。TEM显示合成的粒子非核壳结构,金银分布均匀, 合金粒径在25 nm左右。用吡啶为探针分子研究了合金的表面增强拉曼光谱(SERS), 结果表明吡啶在合金表面表现出了不同于纯金和纯银的行为。     

表面等离子体共振成像生物芯片检测系统

根据表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance, SPR)原理,提出基于表面等离子体共振成像(Surface Plasmon Resonance imaging, SPRI)的生物芯片检测系统构建方法.介绍了SPRI生物芯片检测系统的原理、自行组建的SPRI生物芯片检测系统的结构.采用Kretschmann型棱镜耦合结构激励SPR,偏振的平行光经棱镜投射到生物芯片上,发生表面等离子体共振,由CCD摄像机采集反射光芯片图像.以巯基修饰淋病奈瑟氏菌探针为例验证该系统,利用自组装单分子层技术(Self-Assembled Monolayer,SAM)固定探针.应用该检测系统采集了探针共振、非探针处共振、探针和非探针处都不共振时的生物芯片图像.     

利用Ag@SiO_2纳米粒子等离子体共振增强发光二极管辐射功率的数值研究

金属纳米粒子利用其局域表面等离子体共振效应(LSPR),可以增强附近荧光分子的自发辐射速率,因而在光学传感、光电器件等领域中具有潜在的应用价值.金属纳米粒子的LSPR与其自身的材料、形状、尺寸以及周围环境介质密切相关,这影响着纳米粒子在具体器件中的应用.本文利用三维时域有限差分法,研究了相同体积的球形、椭球形、立方形与三棱柱形银纳米粒子对薄膜发光二极管辐射功率的影响;计算了不同形状银纳米粒子对偶极子光源辐射功率和薄膜器件光出射强度的增强,并结合LSPR效应讨论了辐射功率变化的物理机理.研究结果表明:银纳米粒子自身形状尖锐程度的增加有利于提高LSPR的共振强度;同时纳米粒子的形状影响了LSPR共振电场与薄膜器件中偶极子辐射电场之间的耦合作用,其中立方形纳米粒子因为能实现最强的耦合作用而对器件的辐射功率增强最大.在此基础上进一步讨论了不同薄膜材料对LSPR共振及光源辐射功率的影响,发现较高的材料折射率有利于增强金属纳米粒子的LSPR与器件的耦合作用,从而改善发光二极管性能.     

金纳米空心半球壳膜的可调谐光学性质研究

以单层聚苯乙烯微球阵列为模板,通过控制其表面金膜蒸镀时间,制备了具有不同厚度的空心半球壳结构的金纳米膜.利用扫描电子显微镜和自制光谱仪分别测量了金膜表面形貌和其透射光谱,并分析了金膜形貌与其光学性质间的关系,同时以4-巯基苯胺为探针分子测定了金膜的表面增强喇曼散射效应.结果表明,该金纳米膜的表面等离子体共振波长随膜厚度增大而发生红移,在可见与近红外波段较宽范围内可调谐,并且,当金膜共振波长与入射激发光波长较近时,探针分子可产生出较强的表面增强喇曼信号.同时,对该现象的产生机制也进行了理论解释.     

光诱导转化法制备片状三角形银纳米粒子的表面增强喇曼散射

采用柠檬酸三钠化学还原法制备球形Ag纳米粒子溶胶,并用高压球形氙灯对球形Ag纳米粒子溶胶进行光诱导实验.利用透射电子显微镜、紫外-可见吸收光谱研究了不同光照时间下的银胶纳米粒子的光谱特性和表面形貌,并以结晶紫为探针分子测量了银胶纳米粒子的表面增强喇曼散射光谱.实验结果表明:随着光照时间的增多,Ag纳米粒子溶胶颜色变化显著;紫外-可见吸收光谱吸收峰从单一峰渐渐显示出多个峰;透射电子显微镜图显示Ag纳米粒子由球形逐渐转变成片状三角形银纳米粒子、截角的片状三角形银纳米粒子;表面增强喇曼散射的增强效应随着光照时间的变化先逐渐增大,然后逐渐减小.     

光激发作用下分子与多金属纳米粒子间的电荷转移研究

金属纳米粒子在光激发作用下的增强作用是纳米科学领域的一个研究热点. 针对分子和多个不同位形下的金属纳米粒子在光激发下的相互作用展开了理论研究. 应用密度矩阵理论描述分子和金属纳米粒子同时激发产生表面等离激元后的电荷输运过程. 研究发现, 表面等离激元增强效应与分子和各个金属纳米粒子的相对位置有密切关系. 详细分析了金属纳米粒子间的耦合强度、分子和金属纳米粒子间的耦合强度、表面等离激元能级杂化、分子激发能和外场频率对表面等离激元增强效应的影响.     

金属纳米结构表面等离激元共振增强光电化学反应

联合多个外场协同相互作用,表面等离激元共振(SPR)效应用于调控表面反应,可以进一步提高反应效率和选择性。在本文中,我们研究了在外加光场的作用下,通过电位对金属电极费米能级的调控,实现对SPR能量的调控,从而调节SPR弛豫产生热电子和热空穴的能量,研究SPR增强化学反应的光电协同机制,调控金属纳米结构(NPs)光电化学界面反应的选择性和效率。     

层层自组装金纳米粒子表面等离子体引发光电流应用于等离子体增感太阳能电池

等离子体增感太阳能电池中,层层自组装金纳米粒子的表面等离子体共振能产生光电电流,金纳米粒子层的光电转换效率随表面等离子体共振强度的提升而增加。等离子体增感太阳能电池初步试验光电转换效能为0.75%。利用模型仿真电荷分离的现象、光电电流的产生,以及表面等离子体共振和光电电流产生之间的关系来解释实验结果。在未来,通过优化等离子体增感太阳能电池组件,可以进一步提升其转换效率。这在表面等离子体激活太阳能电池及等离子体太阳能电池领域将有很大应用潜力。