Ag微米管阵列修饰的聚合物光子晶体光纤制备工艺研究

以聚合物光子晶体光纤空气孔阵列为模板,制备了Ag微米管阵列修饰的聚合物光子晶体光纤.讨论了银氨溶液和葡萄糖溶液浓度以及反应时间和温度对银微米管形貌的影响.在Ag(NH3)+2与C6H6O浓度比为2,反应时间为20 min,温度为65℃条件下光纤孔洞表面获得了规则的Ag微米管状结构,并对Ag的生长机理进行了讨论.     

二氧化钛修饰的微结构聚合物光纤预制棒制备及其在光催化中应用的探索研究

首次用二氧化钛(TiO₂)纳米材料修饰的547孔微结构聚合物光纤(MPOF)二次预制棒作为阵列化微管式光催化反应器对亚甲基兰的光催化分解进行研究.将高光催化活性的P25型二氧化钛纳米粒子均匀分散在TiO₂溶胶中,对547孔微结构聚合物光纤孔洞内壁进行铺膜,得到了负载光催化剂的阵列化微管材料.该TiO₂MPOF有序复合的阵列化微管不仅对二氧化钛纳米粒子起到负载作用,还可以作为光波导介质(rolling-up薄膜波导,聚光、导光进入二氧化钛薄膜层)、污染物反应流体通道.以有机染料亚甲基兰为模拟污染物,研究了TiO₂负载量、亚甲基兰的初始浓度及溶液pH值等因素对光降解效果的影响.该反应器547个孔道的内表面用于负载光催化剂,不仅增加了固-液接触面积,也提高了光的吸收效率,从而提高了光催化效率.迄今为止,这种兼具导光、聚光、传质、负载功能于一体的光催化反应器还未见报道.     

静电纺丝法制备聚丙烯腈/银纳米粒子复合纳米纤维及其SERS特性

利用静电纺丝技术制备了一种聚丙烯腈/银纳米粒子复合纳米纤维的表面增强拉曼光谱基底。通过调节聚丙烯腈溶液的浓度可得到不同直径、不同厚度的纤维薄膜,将聚丙烯腈的N,N-二甲基甲酰胺溶液与硝酸银溶液混合得到聚丙烯腈/Ag种子溶液,然后利用静电纺丝技术制备聚丙烯腈/Ag种子/AgNO₃复合纳米纤维;加入AgNO₃并利用水合肼二次还原后可制备适合拉曼检测的聚丙烯腈/Ag纳米粒子复合纤维膜,聚合物纤维表面和内部的金属纳米粒子的密度可调节。通过调节不同的纳米粒子的密集程度,可构筑出具有较高的电磁场增强效果的特殊的“热”结构(高局域强电磁场的亚波长区域)。而聚合物纤维内部的银纳米粒子可通过溶胀作用吸附更多的探针分子,提高拉曼检测的灵敏度。该基底有很好的SERS信号,并且可大规模制备。     

金属/石墨烯复合纳米阵列结构LSPR特性

利用离散偶极近似(Discrete Dipole Approximation,DDA)方法系统研究金属/石墨烯复合纳米阵列的消光特性,考察金属基底和石墨烯纳米阵列尺寸对局域表面等离子体共振峰位和强度的影响,以及研究不同基底厚度比条件下纳米复合阵列的电场分布、规律和物理本质。仿真结果表明,当保持金属基底厚度不变时,Ag/Au/石墨烯复合纳米阵列的局域表面等离子体共振峰随石墨烯原子层数的增大而增大,共振波长发生微小红移;当保持八根石墨烯层柱和银基底厚度不变时,随金银厚度比的增大,消光光谱发生蓝移;Ag/Au/石墨烯复合纳米阵列银层表面的电场强度为最强,石墨烯纳米棒阵列的电场强度较强。     

粒子等离子共振对有机半导体共混体系中激发复合体荧光发射的作用

研究了具有局域等离子共振特性的金纳米岛状结构阵列对高分子材料共混体系中激发复合体荧光发射特性的影响.实验结果表明,当粒子等离子共振发生在激发复合体荧光光谱区时,其荧光发射的强度得到了显著增强,且荧光寿命也得以延长.可以认为,粒子等离子共振诱发的局域场增加了激子的扩散距离,利于在相分离界面处激发复合体的形成. 关键词： 金纳米岛状结构 粒子等离子共振局域场增强效应 聚合物共混体系 激发复合体     

TiO_2/石墨烯/Ag复合结构SERS实验

基于氧化物半导体的光催化特性,能够降解有机物分子,使表面增强拉曼散射基底得以重复使用。提出了银纳米颗粒有效修饰覆盖有石墨烯的二氧化钛纳米棒阵列(TiO_2/石墨烯/Ag)复合结构作为表面增强拉曼散射基底,并对其进行了实验研究。利用水热法制备了二氧化钛纳米棒阵列;采用湿法转移石墨烯和光照还原方法制备了TiO_2/石墨烯/Ag复合结构。用罗丹明6G(R6G)分子作为探测分子,结果表明:随着紫外光照沉积时间增加,探针分子的拉曼信号先增强后减弱;计算得到最大增强因子值约为2.6×106。此外,还对TiO_2/石墨烯/Ag复合结构的紫外自清洁特性进行了初步实验,结果表明,紫外光照射20min后,其拉曼强度下降到42.3%,具有一定的紫外清洁效果。     

微腔型银修饰光纤SERS探针的制备及性能研究

提出了一种基于银修饰的微腔型光纤表面增强拉曼散射（SERS）探针,采用湿法检测,将光纤SERS探针直接放入待测溶液中,以罗丹明6G（R6G）溶液为探针分子,对所制备的光纤SERS探针进行远端实验性能研究。利用氢氟酸化学腐蚀的方法制备了一种微腔型光纤结构,通过控制氢氟酸的腐蚀时间得到了一系列不同腐蚀时间、不同微腔长度的光纤结构。实验研究了光纤结构的微腔长度对光纤SERS探针性能的影响,以浓度为10-3 mol·L-1的R6G溶液为探针分子,通过不断地优化纳米银溶胶与R6G溶液的混合顺序及比例,采用裸光纤微腔结构对混合溶液进行拉曼检测,发现当混合溶液的混合顺序及比例为先后混合等体积的纳米银溶胶和R6G溶液时,此时得到的混合溶液的拉曼信号增强性能最佳。利用得到的混合溶液去寻找拉曼信号增强效果最高时光纤微腔结构的结构参数,实验结果表明,在相同的实验条件下,当光纤放入氢氟酸中腐蚀时间为5 min时,此时光纤微腔结构的拉曼信号增强效果最佳。在显微镜下测量的多组腐蚀时间为5 min的光纤,其微腔长度平均约为81 μm。对得到的光纤微腔结构,采用制备过程可控的磁控溅射技术制备了一系列银纳米薄膜/多模光纤（Ag/MMF）的复合材料。当磁控溅射时间为10 min时,获得了光纤SERS探针（Ag/MMF-10）。实验以去离子水配制了不同浓度的R6G溶液,以不同浓度的R6G溶液为探针分子,Ag/MMF-10探针的远端检测限（LOD）低至10-7 mol·L-1。该光纤SERS探针拉曼信号的再现性光谱检测中显示各个特征峰的相对标准偏差（RSD）均小于10%。同时,该光纤SERS探针对浓度为10-6 mol·L-1的R6G溶液的增强因子（AEF）可高达2.64×106。实验结果表明所制备的银修饰的光纤SERS基底具有较高的灵敏度和良好的再现性。因此,该光纤SERS探针在生物医学检测、农残化学分析等痕量检测方面有潜在的应用价值。     

基于空心海胆状金纳米粒子和银/氧化锌纳米结构SERS特性的基因类肿瘤标志物高灵敏检测

基因类肿瘤标记物microRNA(miRNA)的痕量检测对于癌症早期诊断具有重要应用价值.根据空心海胆状金纳米粒子和银/氧化锌(Ag/ZnO)纳米结构的表面增强拉曼散射特性,并基于碱基互补配对原理构建探针-核酸-基底组成的"三明治"结构,提出了一种基因类肿瘤标志物miRNA的高灵敏定量检测方案.首先将捕获DNA与修饰4-巯基苯甲酸(4-MBA)的空心海胆状金纳米粒子链接作为探针,同时在Ag/ZnO纳米结构上修饰靶DNA,经与miRNA-106a互补杂交后进行SERS信号检测,获得相应的剂量-响应曲线.实验结果表明,在1 fmol·L~(-1)至1 nmol·L~(-1)的检测范围内,对miRNA-106a的检测限达到1.84 fmol·L~(-1).同时,采用实时荧光定量多聚核苷酸链式反应方法验证了基于空心海胆状金纳米粒子和Ag/ZnO纳米结构SERS特性的miRNA检测方案的可靠性.     

银/硅纳米孔柱阵列活性基底的SERS效应研究

以硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底,采用浸渍法制备出一种具有规则表面形貌特征的银/硅纳米孔柱阵列(Ag/Si-NPA),并以R6G为探测目标材料,对其表面增强拉曼(SERS)效应进行了研究。结果表明,对于R6G浓度低至10-15M,Ag/Si-NPA均能表现出清晰的特征SERS峰。随着浓度的降低,R6G的荧光淬灭,所测拉曼光谱的基线降低,但特征峰峰位基本保持不变。在低浓度10-15M时得到的SERS光谱,理论上证明为单分子光谱。此外,Ag/Si-NPA活性基底具有较好的稳定性,在长达28天的自然老化过程中,Ag/Si-NPA能够保持对R6G较高的探测水平,光谱具有较好的信噪比和分辨率。Ag/Si-NPA是一种理想的SERS活性基底。     

静电纺Ag/WO3复合纳米纤维及其光催化性能

为了研究氧化钨(WO_3)和银/氧化钨(Ag/WO_3)纳米纤维光催化性能,利用静电纺丝技术制备了WO_3和Ag/WO_3复合纳米纤维。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis),对样品的物相结构、形貌大小和紫外-可见漫反射光谱等进行了表征。在可见光照射下,比较WO_3和Ag/WO_3纳米纤维光催化降解亚甲基蓝(MB)的性能,结果表明,在90 min时,Ag/WO_3复合纤维光催化降解MB效率比WO_3纤维高1.3倍,从能带结构角度分析了Ag/WO_3复合纤维光催化效率增强的原理。     

Silver nanocrystals modified microstructured polymer optical fibres for chemical and optical sensing

In-fibre chemical and optical sensors based on silver nanocrystals modified microstructured polymer optical fibres (MPOFs) were demonstrated. The silver nanocrystals modified MPOFs were formed by direct chemical reduction of silver ammonia complex ions on the templates of array holes in the microstructure polymer optical fibres. The nanotube-like and nanoisland-like Ag-modified MPOFs could be obtained by adjusting the conditions of Ag-formation in the air holes of MPOFs. SEM images showed that the higher concentration of the reaction solution (silver ammonia 0.5 mol/L, glucose 0.25 mol/L), gave rise to a tubular silver layer in MPOF, while the lower concentration (silver ammonia 0.1 M, glucose 0.05 M) produced an island-like Ag nanocrystal modified MPOF. The tubular Ag-MPOF composite fibre was conductive and could be directly used as array electrodes in electrochemical analyses. It displayed high electrochemical activity on sensing nitrate or nitrite ions. The enhanced fluorescence of dye molecules was observed when the island-like Ag-modified MPOF was inserted into a fluorescent dye solution.     

圆形双芯微结构色散补偿光纤的色散特性分析

提出了一种圆形双芯微结构光纤,用频域有限差分法(FDFD),并对其色散特性进行了分析,并与前人提出的六边形双芯微结构色散补偿光纤进行了比较。结果表明:当圆形双芯微结构色散补偿光纤的高折射率区半径保持不变时,改变沿水平直径方向相邻空气洞中心点间的距离和空气洞的直径,能够控制有效模折射率的转折点,并在该处产生较大的负色散。由于圆形双芯微结构色散补偿光纤比六边形双芯微结构色散补偿光纤的有效模折射率对参数变化较为敏感,故前者更易于精确地控制转折点,达到色散补偿的目的。     

掺染料微结构光纤荧光传感器的理论分析

针对一般光纤荧光传感器收集荧光能力不足的缺陷,设计了一种在微结构聚合物光纤的空气孔内填充掺有机染料高折射率液体的荧光传感器.使用可调节边界条件傅里叶分解法计算了这种微结构光纤的模场分布,分析了光纤结构参量和液体折射率对荧光捕获分数的影响,结果表明,使用小纤芯半径和高于纤芯折射率的液体可以增强激发光的吸收效率,增大荧光捕获分数,提高光纤荧光传感器的灵敏度.     

金膜与银膜光纤SPR传感器

不同的金属传感层对光纤SPR传感器的特性有着重要的影响.根据该传感器的理论公式,计算了金膜、银膜传感器的输出光谱,并与实验结果进行了比较.结果表明,银膜光纤SPR传感器的理论输出光谱和实验检测光谱吻合很好,而金膜吻合较差.分析了出现这种偏差的原因.     

基于银纳米线的类熊猫型微结构光纤传感器

设计了基于银纳米线等离子体共振效应的大孔径微流通道的类熊猫型微结构光纤传感器,采用全矢量有限元法对该传感器进行了数值研究,讨论了待测液折射率等参数对光纤传感器的损耗和灵敏度的影响。结果表明:随着待测液折射率和银纳米线直径的增大,损耗和光谱峰值λpeak都将增大;并且当银纳米线的直径增加到一定程度时,损耗和灵敏度都会呈现多峰值现象。最后取银纳米线直径d=150 nm,得到最大幅度灵敏度为910 dB/RIU,最大光谱灵敏度为1 400 nm/RIU。     

Low-Temperature Radiometric Measurements Using a Silver Halide Optical Fiber and Infrared Optical Devices

In this study, we measured an infrared radiation which is transferred by a silver halide optical fiber from a heat source using a radiometer system for low-temperature measurements. To increase the amount of infrared radiation through the silver halide optical fiber and to the pyroelectric sensor, infrared optical devices used were an infrared focusing lens and a collimator. The relationship between the temperatures of a heat source and the measured radiometer signals were determined. The measurable temperature range of a fiber-optic temperature sensor using a pyroelectric sensor was from 298 to 333 K. It is expected that a noncontact low-temperature sensor using an infrared optical fiber can be developed for medical and industrial usages based on the results of this study.     

Theoretical simulation of a novel birefringent photonic crystal fiber with surface plasmon resonance around 1300 nm

In this paper, a novel birefringent photonic crystal fiber(PCF) with the silver-coated and liquid-filled air-holes along the vertical plane is designed. Simulation results show that the thickness of silver layer, the sizes of holes, and the refractive index of liquid strongly strengthen the gaps between two polarized directions. The surface plasmon resonance peak along y axis can be up to 675.8 d B/cm at 1.33 μm. The proposed PCF has important application in polarization devices, such as filters and beam splitters.     

保偏微结构光纤啁啾光栅折射率传感特性分析

将有限元法和传输矩阵法相结合,系统地研究了保偏微结构光纤(PM-MOF)啁啾布拉格光栅的折射率传感特性。仿真研究了光纤空气孔中充入不同折射率被测物时啁啾光栅的反射谱,结果表明随着被测物折射率的增加,反射谱的面积出现明显变化,由此得到了光栅反射谱面积与被测物折射率的关系。分析了中心孔直径、啁啾系数、切趾函数等光栅结构参数对反射谱的影响。分析表明由于光纤两个方向的偏振模对温度、噪声等干扰响应相似,因此利用两个偏振模式反射谱的相对变化进行监测能够有效地降低干扰,提高传感器的稳定性;其次,由于反射谱面积正比于光强,这一方法将光栅的光谱解调转化为光强解调,简化了解调系统,便于现场实时测量。研究结果为保偏微结构光纤光栅在折射率传感器及其生物传感器方面的应用提供了理论依据。