银膜表面等离子体耦合辐射特性的仿真分析

表面等离子体耦合辐射(SPCE)是传统表面等离子体共振(SPR)的逆过程:当分子足够靠近金属薄膜表面时( < 200 nm),其受激辐射的能量可以耦合成SPR模式并定向辐射到棱镜中.由于具有场增强特性、高收集效率和优异的表面选择性, SPCE作为一种新的表面分析技术已经在荧光和拉曼光谱领域得到了有效的应用.本文采用光学互易定理简化传统SPCE的计算方法.通过计算,我们得到了SPCE一维和二维辐射功率密度分布,表面选择性,辐射角的波长色散特性,辐射角半峰宽与银膜厚度的关系.仿真结果与已报到的实验结果吻合良好,验证了该方法的有效性.     

多色量子点表面等离子体耦合荧光发射性质

以巯基小分子为配体水相合成CdTe量子点, 通过调节回流时间调控其粒径大小. 由于量子点的宽谱激发特性, 在蓝光(473 nm)或绿光(532 nm)条件下, 纳米金属薄膜表面不同发射波长的CdTe量子点均可被激发而与金属表面等离子体发生耦合相互作用, 从而在棱镜一侧发出高度定向的偏振荧光, 其荧光特性与样品厚度密切相关. 表面等离子体耦合荧光发射法(SPCE)具有波长分辨性质, 不同颜色的量子点在不同角度定向发射, 发射波长越长, 角度越小. 720 nm和630 nm量子点的自由空间发射荧光光谱呈现交叠, 然而, 基于SPCE的波长分辨性质, 我们通过改变检测角度避开光谱重叠, 在棱镜一侧的43o和51o处分别得到了两种量子点的SPCE荧光单峰. 量子点是SPCE在多通路、高通量检测应用中荧光物种的理想选择.     

金纳米棒对表面等离子体耦合发射的增强作用研究

局域型与传播型表面等离子体相互作用引起的电磁场增强是调控表面等离子体耦合发射(SPCE)的有效方法。通过静电吸附将金纳米棒(AuNRs)引入光滑金基底表面,再匀胶625 nm发射的量子点荧光薄膜,检测到高度p偏振的定向辐射;借助体系独特的等离子体耦合特性,相较于常规SPCE和自由空间发射分别实现了约40和150倍的信号增强。研究结果表明,信号调控主要来自AuNRs的局域等离子体共振、体系的增强等离子体电磁场以及“热点”结构的形成对处在耦合猝灭区的荧光团带来的“去猝灭”效应。通过条件优化,探究了AuNRs调控SPCE信号的影响因素,包括AuNRs的修饰浓度以及量子点荧光薄膜的厚度,为高效耦合增强体系的构建提供了研究方法。等离子体与不同波长的荧光发射耦合作用各异,将AuNRs用于多波长SPCE体系的信号调控,在不同的发射角度实现了对应波长的耦合增强检测。AuNRs修饰过程简单,增强效果显著,是一种调控等离子体耦合发光的普适方法,有望提高体系的检测性能;结合SPCE的波长分辨特性,可为构建多波长同时增强检测体系提供可行的光谱分析手段。     

表面增强荧光研究进展

本文系统地介绍了金属表面增强荧光现象、产生机理及其应用.粗糙金属和超薄光滑金属表面均可表现出荧光增强效应,但这两种表面增强荧光产生的机理不同,所发出的荧光性质也不同.粗糙金属表面增强荧光的主要原因被认为是加快了处于基质表面附近的荧光物种的辐射衰减过程,而超薄光滑金属表面增强荧光则是激发态荧光物种与金属表面的等离子体耦合共振的结果.与粗糙金属表面增强荧光不同,超薄光滑金属表面增强荧光具有突出的方向性.金属表面增强荧光已经开始在DNA无损检测、荧光共振能量转移免疫分析等领域获得重要应用.     

表面增强荧光研究进展

本文系统地介绍了金属表面增强荧光现象、产生机理及其应用。粗糙金属和超薄光滑金属表面均可表现出荧光增强效应,但这两种表面增强荧光产生的机理不同,所发出的荧光性质也不同。粗糙金属表面增强荧光的主要原因被认为是加快了处于基质表面附近的荧光物种的辐射衰减过程,而超薄光滑金属表面增强荧光则是激发态荧光物种与金属表面的等离子体耦合共振的结果。与粗糙金属表面增强荧光不同,超薄光滑金属表面增强荧光具有突出的方向性。金属表面增强荧光已经开始在DNA无损检测、荧光共振能量转移免疫分析等领域获得重要应用。     

表面增强荧光研究进展

本文系统地介绍了金属表面增强荧光现象、产生机理及其应用.粗糙金属和超薄光滑金属表面均可表现出荧光增强效应,但这两种表面增强荧光产生的机理不同,所发出的荧光性质也不同.粗糙金属表面增强荧光的主要原因被认为是加快了处于基质表面附近的荧光物种的辐射衰减过程,而超薄光滑金属表面增强荧光则是激发态荧光物种与金属表面的等离子体耦合共振的结果.与粗糙金属表面增强荧光不同,超薄光滑金属表面增强荧光具有突出的方向性.金属表面增强荧光已经开始在DNA无损检测、荧光共振能量转移免疫分析等领域获得重要应用.     

基于金银合金薄膜的波长检测型表面等离子体共振传感器

从实验和理论两方面详细研究了金银合金膜表面等离子体共振（SPR）传感器在可见光波段的敏感特性. 实验方面,通过在玻璃基底上溅射50 nm厚的金银合金薄膜制备了一种新型的SPR传感芯片,并且自行搭建了基于Kretschmann 结构的波长检测型SPR传感器测试平台. 利用不同浓度的氯化钠（NaCl）水溶液和浓度为10 μmol·L^-1的牛血清蛋白（BSA）水溶液分别作为折射率样品和分子吸附样品,研究了传感器的折射率灵敏度和吸附灵敏度,并与金膜和银膜SPR传感器进行了对比研究. 结果表明,对于折射率灵敏度的测试,金银合金膜SPR传感器大幅高于金膜SPR传感器,略低于银膜SPR传感器;而对于吸附敏感的研究,金银合金膜SPR传感器的灵敏度与银膜SPR传感器相近,是金膜SPR传感器的3倍. 理论方面,利用菲涅尔公式和等效折射率计算公式仿真计算了这三种薄膜结构的SPR传感器的灵敏度和精确度,结果指出金银合金膜SPR传感器的灵敏度与银膜SPR传感器接近,是常规金膜SPR传感器的2.31倍,而半高峰宽仅为金膜和银膜SPR传感器的1.36 倍. 在稳定性方面,金银合金膜SPR传感器与金膜SPR传感器均具有良好的化学稳定性,而银膜SPR传感器较易氧化,使用寿命低,不常被采用. 综上,金银合金膜在改善传感器灵敏度的同时,不会降低精度,是一种高灵敏、低成本、良好稳定性的SPR传感器敏感材料.     

基于金银合金薄膜的波长检测型表面等离子体共振传感器

从实验和理论两方面详细研究了金银合金膜表面等离子体共振(SPR)传感器在可见光波段的敏感特性.实验方面,通过在玻璃基底上溅射50 nm厚的金银合金薄膜制备了一种新型的SPR传感芯片,并且自行搭建了基于Kretschmann结构的波长检测型SPR传感器测试平台.利用不同浓度的氯化钠(NaCl)水溶液和浓度为10μmol·L-1的牛血清蛋白(BSA)水溶液分别作为折射率样品和分子吸附样品,研究了传感器的折射率灵敏度和吸附灵敏度,并与金膜和银膜SPR传感器进行了对比研究.结果表明,对于折射率灵敏度的测试,金银合金膜SPR传感器大幅高于金膜SPR传感器,略低于银膜SPR传感器;而对于吸附敏感的研究,金银合金膜SPR传感器的灵敏度与银膜SPR传感器相近,是金膜SPR传感器的3倍.理论方面,利用菲涅尔公式和等效折射率计算公式仿真计算了这三种薄膜结构的SPR传感器的灵敏度和精确度,结果指出金银合金膜SPR传感器的灵敏度与银膜SPR传感器接近,是常规金膜SPR传感器的2.31倍,而半高峰宽仅为金膜和银膜SPR传感器的1.36倍.在稳定性方面,金银合金膜SPR传感器与金膜SPR传感器均具有良好的化学稳定性,而银膜SPR传感器较易氧化,使用寿命低,不常被采用.综上,金银合金膜在改善传感器灵敏度的同时,不会降低精度,是一种高灵敏、低成本、良好稳定性的SPR传感器敏感材料.     

电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-AES)测定螯合肥中的螯合铁含量

选用HCl(2%)处理螯合铁样品,建立了电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)快速测定螯合铁含量的方法,实验确定了最佳测定条件,采用标准曲线法为定量依据,得出样品的相对标准偏差(RSD)为0.42%(n=6),加标回收率为98.48%~99.43%。建立的方法处理样品简单、快速,测定结果准确可靠,令人满意。     

电感耦合等离子体质谱法测定铁基体中稀土元素Nd和Dy

采用电感耦合等离子体质谱法测定铁基体中的稀土元素Nd和Dy,选择187Re作为内标以校正仪器的信号漂移,Nd和Dy元素的浓度与信号强度线性关系良好,相关系数(r2)分别为0.9998和0.9997,该方法测定Nd和Dy元素的检出限分别为0.02 ng/mL和0.006 ng/mL,平均回收率分别为99.5％和97.4％,测定结果的相对标准偏差分别为3.5％和4.3％.     

衬底温度对全氟取代酞菁锌固体薄膜微结构的影响

用UV-Vis光谱、X射线衍射(XRD)和原子力显微镜(AFM)对全氟取代酞菁锌(F₁₆PcZn)在不同温度下的石英衬底上的分子堆砌方式进行了研究,F₁₆PcZn分子沉积按3个阶段进行.首先通过F^-原子与石英衬底的强相互作用形成“card-packing”奠基层,进而形成“amorphousaccumulation”过渡层,最后形成有序的“brick-stacking”结晶层.三种分子堆砌方式对应的吸收光谱谱峰分别出现在640,670和810nm附近.810nm附近吸收峰形状的变化说明衬底温度升高有利于“brick-stacking”堆砌方式的实现,AFM观察的结果证实衬底温度升高使结晶微畴增大.常温下结晶层中分子以单斜点阵平行排列,点阵常数a为1.494nm,在250～300℃下分子发生位型微调,F₁₆PcZn分子采取更致密的堆积方式(a=1.428nm).     

Mo(001)表面的CaO(001)薄膜模型催化体系的STM研究

氧化物单晶化薄膜的制备与表征是研究氧化物表面性质的重要方法,也是模型催化研究的前沿领域。本文主要综述了Fritz-Haber研究所的Hajo Freund小组在过去几年间围绕着以Mo(001)为衬底制备的CaO(001)薄膜模型催化体系而进行的表面结构和化学性质的系列研究。其中既包含了氧化物薄膜研究的共同特点,如界面效应、膜厚效应等,也包含有CaO/Mo体系独特的性质,如Mo的自发掺杂对表面性质的调控作用。在该系列研究中低温扫描隧道显微镜(LT-STM)技术的应用贯穿了方方面面,从原子结构表征到电子性质研究,从杂质缺陷的鉴别到表面物种荷电性质的分析等。STM所获得的微观信息直接从原子分子水平揭示了调控薄膜表面性质的各种控因。特别的,在理论计算的辅助下,不断深化认识氧化物掺杂调控的原理和机制,为设计新型催化剂提供重要思路。     

Zr（Y）O2衬底上大面积YBCO薄膜表面组织状态的研究

使用配备有ＥＤＳ和ＥＣＰ附件的ＳＥＭ、ＡＥＭ、和ＳＴＭ研究在７５０和８００℃的Ｚｒ（Ｙ）Ｏ２衬底上磁控溅射沉积的大面积ＹＢＣＯ超导薄膜的表面组织。ＹＢＣＯ薄膜为ｃ轴取向单晶，但衬底温度为８００℃时，膜表面的突出组织多为ＣｕＯ颗粒，小坑较多，表面粗糙；衬底温度为７５０℃时，突出组织多为棒状和多边形１２３结构，很少小坑，表面较平整。     

Observation of Organic Thin Film Surface by Atomic Force Microscopy

The 8-hydroxyquinoline neodymium(Ndq3) organic thin films deposited on the cleaned indium/tin oxide (ITO) at different deposition rates with the same vacuity (133.3×10^-5 Pa) were revealed by atomic force microscopy (AFM). Organic devices with one layer of Ndq3 as the e-type conductive material at different deposition rates sandwiched between ITO and aluminum electrodes have been fabricated. respectively. Evidence suggests that the current-voltage (I-V) characteristics were determined by the uniformity of organic film which was controlled by the deposition conditions.     

纳米多孔金薄膜的表面等离子体共振传感特性

对淀积在玻璃衬底上厚度约60 nm的金银合金溅射薄膜进行硝酸腐蚀脱银处理, 得到纳米多孔金薄膜. 利用自建的波长检测型表面等离子体共振(SPR)传感装置研究了腐蚀时间对纳米多孔金薄膜SPR特性的影响, 结果发现纳米多孔金薄膜与水溶液接触后在400-900 nm光谱范围内不具有SPR效应, 而当薄膜置于空气中时会产生明显的传播等离子体共振吸收峰, 其共振波长随腐蚀时间增加逐渐红移. 纳米多孔金薄膜在空气气氛中的SPR效应使其能够用于原位监测气相分子在孔内的吸附, 还可对在液相中吸附的生化分子进行离位测试. 本文对L-谷胱甘肽、L-半胱氨酸、2-氨基乙硫醇三种含巯基的生化小分子在纳米多孔金薄膜内的吸附进行了离位分析, 结果表明与传统的致密金薄膜SPR芯片比较, 纳米多孔金薄膜对这些分子显示出更高的灵敏度和更低的检测下限, 这归功于多孔金的大比表面积使其能够吸附大量的生化小分子. 实验还对乙醇蒸气在纳米多孔金薄膜内的吸附进行了原位监测, 发现吸附平衡所用时间较长, 约为160 min.     

Precise Control of Metal Oxide Thin Films Deposition in Magnetron Sputtering Plasmas for High Performance Sensing Devices Fabrication

Magnetron sputtering deposition is a widely used technique to deposit thin film precisely at nanoscale level. During the deposition of metal oxide thin films, reactive oxygen gas is introduced into the deposition chamber. Pure metal and metal oxide materials can be used as sputter target, although the simplest way is by using a pure metal target. In such reactive process, the effect of target poisoning significantly influence the deposition process and the growth mechanisms of metal oxide thin films became very complex. In general, external parameters such as discharge power, working pressure, reactive gases ratio and substrate temperature are used to optimize the properties of deposited thin films. Then, ex-situ analyses such as scanning electron microscope and X-ray diffraction analysis are performed to obtain the optimized parameter. Sample depositions and ex-situ analyses consume time to achieve the goal through try and error. In this article, in-situ plasma diagnostics are reviewed focusing on an optical emission spectroscopy to precisely control and investigate the sputter target poisoning effect during the deposition of metal oxide thin films. The emission of atomic lines from several metal and oxygen atoms were used to discuss the deposition mechanisms and their correlation with the deposited thin films was observed. Finally, the deposited metal oxide thin films were proposed and tested for several applications such as gas sensor and frequency selective surface glass.     

Selective Formation of Spinel Iron Oxide in Thin Films by Complexing Agent-Assisted Sol-Gel Processing

The structure of iron oxide was controlled by regulating the hydrolytic polymerization of aquo iron complexes with organic polydentate ligands such as diols. Iron oxides were prepared by calcining the precursor polymers obtained from iron nitrate nonahydrate and diols. When the diols were 1,2-pentanediol, 1,2-hexanediol and 1,2-octanediol, α-Fe₂O₃ with corundum structure appeared exclusively or as the main crystalline phase, in spite of the amount of diol used and the calcination temperature. In the case of 1,2-decanediol and 1,2-dodecanediol, when five moles of the diols were used to one mole of iron nitrate and the calcination temperatures were below 400°C, ψ-Fe₂O₃ with spinel structure appeared as the main phase and, when less than five moles of the diols were used, α-Fe₂O₃ appeared exclusively or as the main phase, irrespective of the calcination temperature. This tendency was also observed in thin films. Thus, a transparent magnetic film composed of γ-Fe₂O₃ could be prepared by applying a benzene solution of the iron polymer, obtained with 5 equivalents of 1,2-decanediol, on quartz and calcining the gel film at 350°C.     

Directional Self‐Assembly of Fluorinated Star Block Polymer Thin Films Using Mixed Solvent Vapor Annealing

We demonstrate the directional alignment of perpendicular‐lamellae domains in fluorinated three‐armed star block polymer (BP) thin films using solvent vapor annealing with shear stress. The control of orientation and alignment was accomplished without any substrate surface modification. Additionally, three‐armed star poly(methyl methacrylate‐block‐styrene) [PMMA‐PS] and poly(octafluoropentyl methacrylate‐block‐styrene) were compared to their linear analogues to examine the impact of fluorine content and star architecture on self‐assembled BP feature sizes and interdomain density profiles. X‐ray reflectometry results indicated that the star BP molecular architecture increased the effective polymer segregation strength and could possibly facilitate reduced polymer domain spacings, which are useful in next‐generation nanolithographic applications. © 2019 Wiley Periodicals, Inc. J. Polym. Sci., Part B: Polym. Phys. 2019 , 57, 1663–1672     

基于Kretschmann结构的金银合金薄膜的SERS效应

利用Kretschmann棱镜耦合结构和532 nm激光光源,测试了金银合金薄膜的表面增强拉曼散射(SERS)效应,并与纯金薄膜的测试结果进行了比较.结果显示,在激发光为p偏振态且入射角近似等于表面等离子体共振(SPR)角时,附着于金银合金薄膜表面的Nile Blue分子的SERS信号达到最强,比利用纯金薄膜测得的SERS信号高约2倍.实验结果还表明,在金银合金薄膜表面自组装金纳米粒子后,Nile Blue吸附层的SERS信号比自组装纳米金之前测得的信号增强了至少3倍,比利用纳米金修饰的纯金薄膜测得的信号高出2倍多.在棱镜底面沿薄膜法线收集的SERS信号是完全非偏振光,而从棱镜侧面收集的SERS信号是p偏振光,是拉曼光借助SPR效应产生的定向发射.