有序金纳米颗粒阵列的制备及光吸收特性研究

采用纳米球刻蚀技术中漂移法在玻璃基片上制备较大 面积不同直径的聚苯乙烯小球掩模板, 采用磁控溅射技术在掩模板上沉积不同厚度的金薄膜, 去除聚苯乙烯小球后, 通过扫描电子显微镜观察到周期排列的三角状金纳米颗粒点阵. 通过紫外-可见分光光度计测试所制备样品的光吸收特性, 发现表面等离子体共振峰随粒径增大发生红移, 随金纳米颗粒高度增加发生蓝移. 基于Mie理论, 利用Matlab软件编程对不同粒径的金阵列光吸收特性进行理论模拟, 并与实验结果进行对比. 关键词： 纳米球刻蚀 金纳米颗粒阵列 表面等离子体共振     

Au纳米颗粒阵列中双光子吸收的饱和过程

采用纳米球蚀刻法制备了Au纳米颗粒阵列.并通过扫描电子显微镜观测了其表面形貌,表明三角形的Au纳米颗粒呈阵列状分布.采用Z扫描方法(800 nm, 50 fs)测量了Au纳米颗粒阵列的三阶非线性光学特性.在较小的激发功率下,结果呈现出双光子吸收效应,随着激发功率不断增加,出现了双光子吸收饱和的过程;非线性折射则呈现出自散焦效应.这种高效率的非线性响应机理使得该种Au纳米颗粒阵列在高速全光开关中有潜在的应用价值. 关键词： 纳米球蚀刻技术 Au纳米颗粒 三阶光学非线性     

二维氧化锌纳米阵列的制备及光学吸收特性研究

采用漂移法,在玻璃衬底上制备出粒径分别为117,350和500 nm单层、大面积的聚苯乙烯胶体球掩膜板,在已制得的掩膜板上用射频磁控溅射的方法沉积一层氧化锌薄膜,最后用有机溶液四氢呋喃(THF)浸泡去除聚苯乙烯胶体球,获得不同粒径的二维氧化锌纳米团簇。通过扫描电子显微镜和能量色散X射线光谱仪对样品的形貌及成份进行表征,表明所制得样品为有序分布的蜂窝网状氧化锌纳米阵列。在室温下,通过吸收光谱仪测试样品在300～800 nm波长范围内的吸收光谱,结果表明对于具有不同尺寸晶粒的氧化锌纳米团簇样品,随着所采用的聚苯乙烯胶体球粒径的增大,即氧化锌纳米团簇粒径的增加,光吸收峰出现了宽化和红移;随着溅射时间的延长,即氧化锌薄膜膜厚的增加,光吸收率提高。此外,对氧化锌纳米团簇阵列的光吸收特性进行了基于离散偶极子近似的理论计算从而获得任意形状和尺寸粒子的吸收。目前,文献报道中用此理论计算各种形状的纳米金、银等金属的结果与实验结果相符,但是应用离散偶极子的近似理论计算氧化锌纳米颗粒的报道很少。应用此理论计算三角棱台形状的氧化锌光学吸收特性,根据氧化锌薄膜介电常数和膜厚的变化进行光吸收特性的模拟,并解释了实验结果。     

金纳米环结构的光学性质研究

采用离散偶极子近似方法(DDA)研究了两种不同形状的金纳米环结构的消光光谱及其近电场分布, 研究了等离子体消光峰的红移、蓝移现象及消光系数与结构参数之间的关系, 并与盘状的金纳米结构进行了比较. 在等离子体共振峰波长入射时, 金纳米环结构比金纳米盘结构产生更大的局域增强电场分布, 横截面为圆形的金纳米环结构比横截面为矩形的结构具有更大的局域增强电场分布, 更适合作为表面增强拉曼散射的衬底. 关键词： 离散偶极子近似 金纳米环 金纳米盘 光学性质     

脉冲激光沉积Ag:BaTiO3纳米复合薄膜及其光学特性

在MgO(100)基片上利用脉冲激光沉积技术制备了掺有Ag纳米颗粒的BaTiO₃复合薄膜.通过X射线衍射对薄膜的结构进行了表征,利用透射电子显微镜对Ag纳米颗粒的尺寸、形态进行了观测,X射线光电子能谱结果表明Ag呈金属态.在410—500nm范围内观测到了Ag纳米颗粒引起的等离子振荡峰,随着后处理温度和Ag颗粒浓度的增加,吸收峰发生红移,并出现了双峰现象. 关键词： 金属纳米复合薄膜 激光沉积 光吸收     

金纳米环双体尺寸和耦合效应对表面等离子体共振特性的影响

采用离散偶极子近似方法系统地研究了金纳米环双体的消光光谱及其电场分布. 计算结果表明, 金纳米环双体在耦合作用下的共振消光峰对应着不同振动模式, 改变金纳米环双体的排列方式、 间距和尺寸大小, 其表面等离子体共振消光峰发生红移或蓝移. 因此可以通过对金纳米环双体结构参数和排列方式的设定, 调节其表面等离子体共振消光峰的位置. 电场分布表明, 水平排列的金纳米环双体较单个金纳米环产生更强的局部表面增强电场. 适当的小间距, 较大的内外半径的金纳米环水平阵列更适合做表面增强拉曼散射的衬底, 在生物分子检测等领域具有潜在的应用.     

应用平行隔板增强纳米球表面电场

球形纳米粒子已经被广泛地应用于表面增强拉曼散射.为进一步提高纳米球表面电场,从而提高表面增强拉曼散射信号强度,本文设计了平行隔板纳米球结构.离散偶极子近似计算结果表明,应用平行隔板后,纳米球表面电场得到了大幅度增强,故平行隔板纳米球结构更适合作为表面增强拉曼散射衬底,用于生物分子探测.另外,本文还系统地研究了平行隔板结构参数对整个平行隔板纳米球结构光学性质的影响. 关键词： 银纳米球 平行隔板 表面等离子体 离散偶极子近似     

铝基银纳米阵列制备及其紫外-可见-近红外光吸收特性

基于阳极氧化铝模板,采用真空蒸镀技术,制备了高度有序的周期性银纳米球阵列.阵列几何结构参数调控实验发现,通过控制蒸镀厚度,可实现对阵列中银纳米球尺寸(直径)和间距的有效调控,进而有效实现对紫外-可见-近红外各波段吸收峰位和峰宽的调制.吸收光谱测试显示,该纳米阵列在紫外、可见和近红外波段都具有明显的电磁波吸收特性.时域有限差分理论模拟结合实验分析不同波段光吸收特性的物理机制,紫外超窄强吸收为银、铝介电环境非对称诱发的法诺共振,可见波段吸收源自于银纳米粒子局域表面等离子体共振,近红外波段强吸收为银纳米球阵列表面晶格共振所激发.     

电子束诱导的纳米颗粒表面等离激元激发模拟

本文基于离散偶极子近似方法,发展出了一套计算任意纳米结构材料的电子能量损失谱的方法和程序. 模拟了在单个银纳米颗粒附近不同入射位置下的电子能量损失谱,其计算结果与实验能谱非常吻合. 虽然离散偶极子近似法早在很多年前就已经被应用到处理外加光场激发的情形,但这套方法才真正提供了一个研究电子束诱导金属纳米颗粒局域表面等离激元激发的计算工具.     

基于电泳法和磁控溅射技术制备金纳米阵列

采用纳米球刻蚀技术中的电泳法设计了3组对照实验,通过控制电压、悬浮液的体积分数和基板正负极性,得到电泳法制备纳米球掩膜板的最佳条件,制备出排布均匀的纳米球单层密堆积结构的掩膜板.采用磁控溅射技术在掩膜板上沉积金薄膜,去除纳米球掩模板,通过扫描电子显微镜观察到周期排列的三角形棱台状金纳米颗粒阵列.测量其吸收光谱,可观察到表面等离子体共振吸收峰.     

Enhanced nonlinear optical absorption of Au/SiO2 nano-composite thin films

Nano metal-particle dispersed glasses are the attractive candidates for nonlinear optical material applications.Au/SiO 2 nano-composite thin films with 3 vol% to 65 vol% Au are prepared by inductively coupled plasma sputtering.Au particles as perfect spheres with diameters between 10 nm and 30 nm are uniformly dispersed in the SiO 2 matrix.Optical absorption peaks due to the surface plasmon resonance of Au particles are observed.The absorption property is enhanced with the increase of Au content,showing a maximum value in the films with 37 vol% Au.The absorption curves of the Au/SiO 2 thin films with 3 vol% to 37 vol% Au accord well with the theoretical optical absorption spectra obtained from Mie resonance theory.Increasing Au content over 37 vol% results in the partial connection of Au particles,whereby the intensity of the absorption peak is weakened and ultimately replaced by the optical absorption of the bulk.The band gap decreases with Au content increasing from 3 vol% to 37 vol % but increases as Au content further increases.     

具有双共振吸收峰的Au纳米粒子制备及其拉曼表征

表面增强拉曼散射(SERS)很大程度的弥补了拉曼散射强度弱的缺点,迅速成为科研工作者们的研究热点,在食品安全、环境污染、毒品以及爆炸物检测等领域应用广泛。纳米技术的发展使得目前对于SERS的研究主要集中于金属纳米颗粒基底的制备,金属纳米粒子的种类、尺寸及形貌对SERS增强和吸收峰峰位均有影响,要获得好的增强效果,需要对金属纳米结构进行工艺优化。特别是,需要结合金属纳米粒子的结构和激励光波长,以期获得更好的增强效果。为了研究SERS增强和吸收峰之间的关系,开展了具有双共振吸收峰的金属纳米粒子的研究。首先利用FDTD Solutions仿真建模,主要针对金纳米颗粒直径、金纳米棒长径比及分布状态对共振吸收峰进行仿真,得到金纳米球理论直径在50 nm左右,金纳米棒理论长径比在3.5~4.5左右时,吸收峰分别分布在532及785 nm附近,符合多波段激励光拉曼增强条件;对于激励光偏振方向,其沿金纳米棒长轴方向偏振时吸收峰位于785 nm附近,沿金纳米球短轴方向偏振时吸收峰位于532 nm附近。然后采用种子生长法,制备了可用于多种波长激励光的双吸收峰表面增强拉曼散射基底。通过改变硝酸银用量(5,10,20,30和40 μL)、盐酸用量(0.1和0.2 mL)以及其生长时间(15,17,21和23 h)等多种工艺参数来控制金纳米棒含量,得到了同时含有金纳米球及金纳米棒的双吸收共振峰金纳米粒子。最后用该样品作为基底,罗丹明6G(R6G)作为探针分子,分别测试其在532,633和785 nm激励光入射时的SERS表征,对分析物R6G最低检测浓度均达到了10-7 mol·L-1,增强因子达到了~105,满足了多波段SERS检测的需要。     

Au/SiO2纳米复合薄膜的微结构及光吸收特性研究

用多靶磁控溅射技术制备了Au/SiO₂纳米多层薄膜.利用透射电子显微镜以及吸 收光谱对Au/SiO₂复合薄膜的微观结构、表面形貌及光学性能进行了表征和测试 .研究结果表明：单层Au/SiO₂薄膜中Au沉积时间小于10s时，分散在SiO_{2< /sub>中的Au颗粒随Au的沉积时间的延长而增大；当沉积时间超过10s后，Au颗粒的尺寸几乎 不随沉积时间变化，但Au颗粒的形状由网络状结构变为薄膜状结构.［Au(t1关键词： 尺寸效应 纳米复合薄膜 吸收光谱 有效媒质理论}     

Oxidation and reduction of rough and flat Au surfaces

Very recently, we have shown that the oxidation pattern of very small (<0.7 nm in particle height) and larger Au nanoparticles are dissimilar, i.e. lager particles form Au(III) species upon atomic oxygen exposures, whereas this was not found for the smaller Au nanoparticles. In the present work, we found that the oxidation pattern of a flat Au surface is analogous to those of the larger Au nanoparticles, whereas a rough surface shows a similar oxidation pattern as those of the smaller particles. This result confirms that an increase of the number of undercoordinated atoms of smaller nanoparticles should be responsible for different oxidation patterns. The oxygen species formed on flat Au surfaces can readily react with CO to CO₂, whereas the oxygen species of the rough Au surface is mostly inert to the CO-oxidation, also in agreement with the results for supported Au nanoparticles.     

两种纳米粒子的自组装及表面增强拉曼光谱研究

在氨基硅烷化的单晶硅片表面通过静电自组装技术组装上金和金核铂壳两种纳米粒子,通过改变基底浸泡在溶胶中的时间控制基底上纳米粒子的密度。用扫描电子显微镜(SEM)对基底表面上的形貌进行表征,结果表明纳米粒子呈亚单层二维阵列分布。以吡啶(Py)为探针分子,用波长为632.8 nm的激发光作为激发光源,研究纯金和金铂复合基底上的表面增强拉曼光谱(SERS)行为。数据显示在金纳米粒子之间引入金核铂壳纳米粒子后,Py的两个特征峰的频率没有明显变化,但谱峰的强度却变弱了,其SERS信号衰减最大可至原来的24%。这是由于引入的铂的d态电子使金的等离子体激发猝灭,从而破坏了电磁场增强,使金的SERS信号衰减。     

没食子酸还原法制备金银合金纳米粒子及其吸收光谱研究

用没食子酸一步液相还原制备粒度均匀和性质稳定的Au-Ag合金纳米粒子,研究在不同反应温度和Au／Ag摩尔比下Au-Ag合金纳米粒子的吸收光谱特性。实验结果表明Au-Ag合金纳米粒子仅有1个吸收峰,介于纯Ag和纯Au纳米粒子的吸收峰之间,且随着反应温度的提高,合金纳米粒子的最大吸收峰位逐渐蓝移,吸光度增加,半峰宽变窄。随着Au/Ag摩尔比的增加,合金纳米粒子的最大吸收峰位红移,且与其所含Au摩尔百分数呈线性关系。HRTEM表征结果说明制备的Au/Ag合金纳米粒子近球形、粒度均匀、无包覆现象。EDX分析结果证实单个纳米粒子由Au和Ag组成,其元素组成比与参加反应的Au/Ag摩尔比接近。     

Synthesis and microstructure of metal oxide thin films containing metal nanoparticles by liquid phase deposition (LPD) method

Au nanoparticles dispersed SiO₂-TiO₂ composite films have been prepared by a novel wet process, Liquid Phase Deposition (LPD) method. The composite films were characterized by XRD, XPS, TEM, ICP, SEM and UV-VIS absorption spectroscopy. The results showed that the SiO₂-TiO₂ composite films containing Au^III and Au^I ionic species were co-deposited from a mixed solution of ammonium silicofluoride, ammonium hexafluorotitanate, boric acid and tetrachloroauric acid. The heat treatment induced the reduction of Au ions and formation of Au nanoparticles in the film. TEM observation revealed that the Au nanoparticles with 5-10 nm in diameter were found to be dispersed uniformly in the SiO₂-TiO₂ matrix. The optical absorption band due to the surface plasmon resonance of dispersed Au particles were observed at the wavelength of 550 nm and shifted toward longer wavelength with increasing heat treatment temperature. Received 28 November 2000     

Optical characterization of the polymer embedded alloyed bimetallic nanoparticles

A theoretical approach for the calculation of the bimetallic nanoparticles absorption spectra has been developed as an extension of the Mie theory in which nanoparticle dielectric function is found by the weighted linear combination of the dielectric functions for particles made of the corresponding pure metals. In the frame work of the theoretical model an expression for the resonance light absorption frequency were derived taking into account the interband transitions in the dielectric functions. We propose a simple method for the on-line monitoring of the bimetallic nanoparticles composition based on the measurement of the absorption peak position. Elaborated theoretical approach was used to investigate the polymer embedded Ag/Au nanoparticles which were prepared by reducing gold and silver salts (HAuCl4 and AgNO3, respectively) by ethylene glycol in presence of poly(vinyl pyrrolidone) (PVP) at room temperature. Calculated absorption spectra for the Ag/Au nanoscopic systems showed good agreement with the experimental data. Temporal evolution of the Ag/Au nanoparticles has also been investigated by this approach.     

电场辅助溶解法实现玻璃表面金纳米粒子的形貌控制

贵金属纳米粒子由于其非常独特的光学特性和表面活性, 在光子学、 催化和生物标识等方面都有非常重要的应用. 采用离子溅射和后续热处理相结合的方法在玻璃表面形成了尺寸大约为60-80 nm的单分散的球形金纳米粒子. 在适当的温度条件下, 采用步进式增加的强直流电场, 实现了金纳米粒子的电场辅助溶解过程. 在玻璃表面的不同颜色区域, 初始球形的金纳米粒子溶解成月蚀状形貌. 结合不同颜色区域内金纳米粒子的表面等离子体共振吸收性质和扫描电镜照片, 研究了实验条件对金纳米粒子性质的影响. 结合电场辅助溶解实验过程中的电流-电压特性, 分析了金纳米粒子在强直流电场辅助下溶解的物理过程: 金粒子中动出的电子向阳极的隧穿过程作为开始, 随后是金阳离子向玻璃基体中的传输过程和阴极提供的电子与带有正电荷的金粒子相结合的过程. 详细讨论了电场辅助溶解法实现金纳米粒子形貌控制的物理机制.