基于Ag三角阵列的表面增强红外基底的制备

利用聚苯乙烯(PS)微米球模板技术来制备表面增强红外基底,首先在氟化钙窗片表面自组装一层PS小球,并真空蒸镀银金属。接着除掉PS小球及其顶端的银膜之后,即可在氟化钙表面制备有序的银三角阵列结构。用光学显微镜和傅里叶变换红外光谱仪(FTIR)对制备的银三角阵列基底进行了表征。结果表明,其表面等离子激元吸收在中红外波段。     

河北鸡泽墓葬壁画表面污染物光谱研究

邯郸市鸡泽县考古工地发掘出土了三座宋金墓葬,墓葬内壁绘制有壁画,壁画表面覆盖大面积黑色物质,利用红外和拉曼光谱分析,红外特征峰位3382 cm^-1、1756 cm^-1、1633 cm^-1、1393 cm^-1、1000 cm^-1、869 cm^-1和腐殖酸的特征吸收峰接近,综合两种光谱分析结果,判断该物质为腐殖酸。腐殖酸的产生需要潮湿、缺氧、酸性条件,其与鸡泽县的地理位置、墓室的密闭性和酸性微环境等、古代丧葬习俗等因素均有关系。     

纳米结构Si表面增强拉曼散射特性研究

为了实现低成本高灵敏度的表面增强拉曼散射效应,制备了一种基于硅表面纳米结构的表面增强拉曼散射效应（SERS）衬底。首先利用低能反应离子注入的方法对单晶硅进行表面处理,制作高陡值度的墙壁结构。然后采用电子束蒸发的方式在硅片表面蒸镀银膜,高密度的银纳米点阵列出现在侧壁表面,形成大量的热点。实验采用罗丹明6G（R6G）作为探针分子进行表征,发现获得最强拉曼信号的银膜厚度为40 nm,R6G的探测极限能达到10^-14 mol/L;同时分析衬底的重复性和稳定性,发现在614 cm^-1和1 650 cm^-1处的拉曼信号特征峰的相对标准偏差分别达到12.3%和14.3%,保存一个月的衬底测得的拉曼信号强度保持不变。本研究提供了一种操作简单、成本低的制备高灵敏度增强拉曼效应衬底的方法,制备的衬底具有高信号可重复性和高稳定性的优点。     

基于自组装技术的柔性SERS基底拉曼增强研究

利用自组装技术将单层银纳米粒子修饰到Whatman No. 1滤纸表面,成功制备了柔性表面增强拉曼散射(SERS)基底。实验结果表明：当银粒子尺寸为20 nm时,拉曼增强性能达到最佳。采用此参数制备的SERS基底对罗丹明6G(R6G)分子的检测极限为10^-10 mol/L,最大增强因子为5.66×10⁸,相对标准偏差(RSD)为10.9%。同时,该柔性基底能够准确地识别和区分多种目标分子,并具有良好的柔软性和可恢复性。此外,还结合基底的扫描电子显微镜(SEM)表征情况,利用时域有限差分(FDTD)仿真软件对样品的电磁场增强特性进行了数值分析,并对其与实验结果进行了对比。     

基于单个花状银纳米颗粒的表面增强拉曼散射效应研究

在室温下,以硝酸银为银源,抗坏血酸为还原剂,通过调节表面活性剂聚乙烯吡络烷酮的浓度,实现对花状银纳米颗粒的可控制备。利用扫描电子显微镜、原子力显微镜、X射线衍射和X射线能谱等手段检测并分析了材料的形貌结构和成分组成。实验结果表明,当聚乙烯吡络烷酮的浓度为0.1 mol/L时,所制备花状银纳米颗粒的表面结构达到最精细的状态且颗粒的尺寸达到微米量级,适合对单颗粒进行定位与光学性质研究。以结构最优化的花状银纳米颗粒为表面增强拉曼散射基底材料,以羟基苯甲酸为探针,对单个和少数颗粒的表面增强拉曼散射效应进行了研究,并借助暗场散射光谱分析了基底的表面增强拉曼散射机理。结果显示,该花状银纳米颗粒因其独特的表面结构为拉曼信号增强提供了大量“热点”。良好的拉曼性能以及较低的制备成本表明,该新型表面增强拉曼散射基底具有很大的应用前景。     

等离子体增强脉冲激光沉积o-BN薄膜

利用等离子体增强脉冲激光沉积系统在Si（100）基底上沉积出了高质量的o-BN薄膜,利用红外光谱（FTIR）、X射线衍射谱（XRD）和原子力显微镜照片对o-BN薄膜进行了表征.通过红外光谱（FTIR）得到o-BN薄膜的红外峰特征峰值为1189cm^-1,1585cm^-1和1450cm^-1;由XRD谱得到o-BN薄膜的（111）,（020）,（021）,（310）和（243）各晶面的衍射峰, 特别是（310）和（243）晶面的衍射峰非常强;通过原子力显微镜照片清楚看到BN薄膜具有尖状突起的表面形貌. 关键词： 等离子体增强脉冲激光沉积 氮化硼薄膜 X射线衍射谱     

光学透明红外与雷达兼容隐身复合超表面

基于透明导电材料氧化铟锡(ITO)、高透光的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET),设计并实现了光学透明超宽带雷达与红外兼容隐身的复合超表面。该结构由两个专门设计的光学透明超表面组成,由内到外依次为雷达吸波层、红外低发射层。通过调节谐振器尺寸和ITO的方阻实现了微波段8.0~32.0 GHz频带内吸收率高于90%的宽带吸波。利用高ITO占空比的容性频率选择表面,实现了微波段高透过率与红外波段低发射率,并进一步研究了其红外辐射特性。该结构具备较好的超宽频雷达吸波性能、低红外发射率与光学透明特性。     

基于无基底焦平面阵列红外热像仪的理论模型分析

基于双材料微悬臂梁热变形原理的光学读出非制冷红外探测阵列经历了从有基底结构向无基底结构的发展过渡,无基底阵列的红外成像结果和有限元模型分析均表明无基底阵列不满足恒温基底条件.本文结合电学比拟的方法,提出了一种新的基于无基底焦平面阵列(focal plane Array,FPA)的热传递分析的理论模型.分析采用整体考虑的思路,避开了无基底FPA阵列各单元热传递互相影响所产生的复杂热分布分析,并考虑了框架对热量的吸收与传递.理论模型采用外边框与环境等温的边界条件,虽不及有限元方法对边界条件的处理灵活,但也已取 关键词： 光学读出 无基底 非制冷红外成像 焦平面阵列     

单层二硫化钼与银纳米颗粒阵列复合结构的表面增强荧光特性研究

本文采用阳极氧化铝模板辅助真空蒸镀技术研究并制备了厘米级、形貌均一、颗粒尺寸可控的银纳米颗粒(AgNPs)阵列,并结合传统的湿法转移技术获得了单层MoS₂/AgNPs阵列复合结构。系统研究了该复合结构的表面增强荧光(SEF)特性,结果表明我们制备的AgNPs阵列可用作高效SEF基底来增强单层MoS₂的荧光性能。且随着温度降低,单层MoS₂的荧光性能得到了进一步提升。本研究为MoS₂在光电集成领域的应用提供了理论和技术基础。     

泡沫镍耦合金纳米结构增强拉曼散射

采用一种简易的化学置换反应方法在泡沫镍基底上生长花针状的金纳米结构,并将其作为表面增强拉曼散射（SERS）基底,主要研究置换时间对SERS基底性能的影响。采用COMSOL Multiphysics仿真软件对金纳米粒子高度分别为100,150,175,200 nm的基底进行电磁增强仿真,得到最大电场强度分别为20.112,29.060,24.766,21.382 V/m,计算得到增强因子分别为1.64×10⁵、7.13×10⁵、3.76×10⁵和2.09×10⁵。使用罗丹明6G（R6G）溶液作为探针分子,对不同置换时间下的泡沫镍镀金基底进行拉曼表征、检测极限测试以及拉曼mapping测试。测试结果表明,置换时间为10 min的基底增强效果是最佳的,对R6G分子的检测浓度可以达到10^-8 mol·L^-1,在613,774,1364 cm^-1这三个R6G分子的拉曼位移特征峰处的相对标准偏差值分别为11.3%、10.9%和11.9%,说明基底...     

江西朱溪钨矿床矽卡岩矿物热红外光谱学特征研究

朱溪钨矿床白钨矿化与矽卡岩化密切相关,白钨矿多与石榴子石、透辉石等矽卡岩矿物一起产出。该研究对朱溪典型矽卡岩矿物如石榴子石、透辉石、符山石、硅灰石、阳起石等进行显微红外光谱测量和电子探针分析,探究朱溪矽卡岩矿物的热红外光谱特征及其对成矿的指示意义,并建立朱溪地区的矽卡岩矿物热红外光谱库。结果表明,朱溪钨矿床石榴子石主要为钙铝—钙铁榴石系列,在800和920 cm^-1附近存在一大一小两个吸收峰,在880 cm^-1附近存在特征吸收谷;当石榴子石成分中钙铝榴石含量大于50%时,石榴子石特征吸收谷位于880～900 cm^-1,当钙铝榴石含量小于50%时,石榴子石吸收谷位于865～875 cm^-1。随着Al₂O₃含量增加,其特征吸收谷向高波数方向移动,钙铝榴石偏向高波数,钙铁榴石偏向低波数;辉石主要为透辉石—钙铁辉石系列,在850～950 cm^-1波数范围内存在诊断式、呈阶梯状降低的吸收峰,且在1 050 cm^-1处存在吸...     

Ag纳米粒子修饰聚合物纳米尖锥阵列的SERS衬底制备

表面增强拉曼散射(SERS)以其无损、超灵敏、快速检测分析等优点而备受关注,在化学和生物传感等应用领域有着极大的潜力。研制灵敏度高、重复性强、稳定性好的SERS基底,对于实现其在痕量分析、生物诊断中的实际应用具有重要意义。具有微/纳米结构的聚合物具有优异的机械性能、光学性能、耐化学性等优点。通过模板压印法,利用多孔阳极氧化铝(AAO)在聚合物聚碳酸酯(PC)表面制备一种高度有序的纳米PC尖锥阵列结构,然后通过蒸发镀膜在PC尖锥阵列上沉积一层银膜,制备了大面积Ag纳米颗粒修饰的高度有序聚合物纳米尖锥阵列。高曲率纳米针状结构顶端的银颗粒及颗粒之间狭小的纳米间隙能产生大量的SERS"热点"。这种方法得到了均匀,可重复,大面积高增强的SERS活性基底,并进一步研究了不同沉积厚度银膜的SERS特性。用扫描电子显微镜(SEM)对其进行了表征,以结晶紫作为探针分子对这种结构进行研究。结果表明:拉曼信号强度随银厚度的增加显示为先增强后减弱的趋势。基底对结晶紫的拉曼增强因子达到5.4×10~6,基底主要拉曼峰强度的RSD为10%,说明该基底具有很好的检测灵敏性和重复性。此外,基底在存放40 d后,在相同条件下仍然保持着高SERS性能,表现出很好的稳定性。整个制备过程简单易行,重复性好,制作成本非常低廉,而且能够规模化制备,可方便地作为活性基底应用于SERS研究,必将具有广阔的研究和应用前景。     

红外波段十字阵列光吸收材料光学特性研究

尺寸为光波长量级的微纳结构材料与电磁波的相互作用,使得其具有许多特殊的光学性能,金属-电介质-金属微纳结构具有电磁波完美吸收特性。基于S参数法,研究十字阵列光吸收材料在红外波段的光学特性参数,分析其谐振吸收机理及光学特性参数调谐性。研究结果表明,十字阵列单元尺寸对其等效光学参数具有调谐作用;当材料表面与入射介质之间满足阻抗匹配条件,以及等效折射率系数虚部值足够大时,可以有效提高其吸收率;经过结构优化的十字阵列光吸收材料在红外波段具有大于95%的吸收率,实验样件测试结果大于80%。十字结构臂长和电介质层厚度决定吸收谱特性,而十字结构臂宽仅仅影响吸收谱峰值大小。十字阵列光吸收材料在红外波段的完美吸收及光谱调谐性特点,使其可用于红外探测和光谱成像等领域。     

近三相点氮分子固体的低温红外吸收特性研究

利用自主研制的低温液体/固体制备系统制备出了均匀、透光性好的氮分子固体冰层, 测量了其近三相点的红外吸收谱, 在频率2222–2439 cm^-1处观察到了一个宽的吸收带, 且最强峰位位于2288 cm^-1.基于非谐振子模型计算了氮分子的振动频率, 解释了实验中得到的固体中氮分子的红外吸收带主要由氮分子的基频振动及基频振动与转动耦合引起.     

银纳米颗粒阵列的表面增强拉曼散射效应研究

利用具有高密度拉曼热点的金属纳米结构作为表面增强拉曼散射(SERS)基底,可以显著增强吸附分子的拉曼信号.本文通过阳极氧化铝模板辅助电化学法沉积制备了高密度银(Ag)纳米颗粒阵列;利用扫描电子显微镜和反射谱表征了样品的结构形貌和表面等离激元特性;用1, 4-苯二硫醇(1, 4-BDT)为拉曼探针分子,研究了Ag纳米颗粒阵列的SERS效应.通过优化沉积时间,制备出高SERS探测灵敏度的Ag纳米颗粒阵列,检测极限可达10~(-13)mol/L;时域有限差分法模拟结果证实了纳米颗粒间存在强的等离激元耦合作用,且发现纳米颗粒底端的局域场增强更大.研究结果表明Ag纳米颗粒阵列可作为高效的SERS基底.     

基于虚像相位阵列光谱仪的宽带高分辨率CO2吸收光谱测量技术研究

为了使光谱仪能同时兼顾宽吸收光谱范围和高光谱分辨率两种特性,搭建了一台近红外虚像相位阵列光谱仪,单帧谱宽约为25 nm(140 cm^-1),光谱分辨率为4.5 pm(0.024 cm^-1),结合改进的旋转光栅结构,实现了1.26～1.50μm的宽光谱检测。使用超连续光源及光学吸收多通池,在1.43～1.45μm处,以CO₂为例开展了宽带高分辨光谱测量技术研究,使用图像增强算法提高了弱吸收的光谱提取精度,考虑光谱仪的仪器展宽进而提升了气体参数反演准确度。实测光谱与理论光谱的对比结果验证了系统测量的准确性与可靠性。     

混合超表面窄带吸收器的仿真设计及特性研究

金属-介质-金属结构的超表面窄带吸收器应用广泛,但金属固有的欧姆损耗会导致吸收峰的半高全宽偏大,影响吸收器在传感领域的应用。本文用介质顶层结构取代超表面的金属顶层结构,设计了一种介质-介质-金属结构的混合超表面窄带吸收器。吸收器由Al₂O₃倒圆台顶层阵列、SiO₂中间介质层以及银膜基底组成,通过有限元法对吸收器的吸收光谱进行仿真,结果显示吸收器在可见光波段产生最大吸收率为99.88%、半高全宽为2.26 nm的吸收峰。通过与相同尺寸参数的金属-介质-金属超表面窄带吸收器进行吸收光谱和吸收峰处电场分布的对比,分析两种结构不同的吸收原理。同时对混合超表面窄带吸收器尺寸参数对吸收峰的影响,吸收器对外界折射率的传感性能进行仿真和分析,为该结构吸收器的可调性和稳定性,以及在折射率传感上的应用提供参考。     

硅、锗中氧的低温红外吸收

在6—300K下,利用红外傅里叶光谱仪研究了400—4000cm^-1间的硅、锗中氧的红外吸收。采用高分辨条件时,分辨率可达0.5cm^-1。研究了在低温下利用硅的1106cm^-1吸收峰和锗的855cm^-1吸收峰探测硅和锗氧含量的探测限和误差。若样品厚度为2cm,估计在20K下,硅中氧含量探测限～9.6×10¹⁴氧原子·cm^-3,锗中氧含量探测限～3.0×10¹⁴氧原子·cm^-3。同时,对不同生长条件下直拉锗单晶的氧含量进行了研究,并与用锂沉淀法所求得的锗中氧含量加以比较。对不同氧含量的硅样品的1106cm^-1吸收峰在6—300K的变化进行了观察和讨论。 关键词：     

柔性SERS基底和具有可调光谱信息的防伪标签

通过电位还原法在柔性棉布表面沉积Ag纳米粒子,首先在棉布表面吸附Sn²⁺离子。由于Sn⁴⁺/Sn²⁺的标准还原电位高于Ag⁺/Ag⁰,因此,浸泡到AgNO₃溶液中后纤维表面的Sn²⁺会将Ag⁺还原成银种。使用温和的还原剂抗坏血酸可以将小粒径Ag原位生长成大颗粒Ag。选取不同种类拉曼探针分子,通过组合方式将不同比例的拉曼探针分子修饰到Ag纳米粒子表面,实现对光谱信息进行精准调控。使用羟胺为还原剂在Ag纳米粒子表面沉积Au壳层,制备具有光学信息存储的壳结构等离子体Ag@Au纳米结构。该材料具有良好的机械性能和时间稳定性。该器件所存储的光学信息可以灵活调控,作为柔性信息调变型防伪材料用于光学防伪。该基底还可以作为柔性基底应用于水果表面农药残留的SERS检测。     

基于超疏水性紫竹梅叶的SERS研究

本文以表面超疏水性的紫竹梅叶片为基质,用疏水浓缩效应制备了银纳米粒子基底。所制备的基底同样具有超疏水性。对探针分子R6G进行了表面增强拉曼散射光谱检测,当R6G的浓度稀释到5×10^-11 mol/L时都有很明显的特征峰,说明该基底具有很好的增强效果。另外对紫竹梅叶片的正反表面制备的基底的增强效果进行了研究,发现其增强程度差别不大,于是采用正面来制备基底进行进一步实验研究。利用所制备的基底对福美双残留进行检测,发现其检测限度可达5×10^-8 mol/L。低于国标福美双0.1 mg/kg(对应摩尔浓度为4.16×10^-7 mol/L)的最大残留限量,可作为福美双农药残留一种快速的检测方式。该基底制备简单,在普通实验室就能完成,有望作为农药残留一种快速有效的检测方法。