氧化锌/硅纳米孔柱阵列的结构和光致发光特性研究

以硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)为衬底、用化学气相沉积法制备了具有规则阵列结构特征的ZnO/Si-NPA纳米复合体系，并对其结构和光致发光性质进行了表征. 实验结果显示，组成ZnO/Si-NPA表面阵列的每个柱子均呈现层壳结构. 不同于衬底Si-NPA的红光和蓝光发射，ZnO/Si-NPA在紫外光区和蓝绿光区呈现出两个强的宽发光峰. 分析表明，紫外光发射应归因于ZnO晶体的带边激子跃迁；而蓝绿光发射则来自于ZnO晶体本征缺陷所形成的两类深能级复合中心上载流子的辐射跃迁.     

银纳米阵列直径对SERS增强效果的影响

采用电化学沉积法分别在不同孔径的阳极氧化铝(AAO)模板上沉积一系列直径不同,排列规则的银纳米阵列。以对氨基苯甲酸(PABA)和三聚氰胺两种分子分别作为探针分子, 研究了银纳米阵列的直径大小对其表面增强拉曼散射(SERS)效果的影响。结果表明, 在波长为514.5 nm的激光激发下, 探针分子的SERS信号强度随银纳米阵列直径的改变而明显变化, 并在银纳米阵列直径约为53 nm时, SERS强度达到最大。利用电磁增强机制对此实验结果进行了分析和解释。     

银纳米粒子/碳纳米管阵列SERS基底增强因子分析和实验

为了直观、准确地定量分析表面拉曼增强散射基底结构的拉曼增强,利用磁控溅射和高温退火的方法制备了银纳米粒子修饰垂直排列的碳纳米管阵列三维复合结构样品;实验采用罗丹明6G(R6G)溶剂作为探针分子,结合共聚焦显微拉曼系统,开展了表面增强拉曼增强因子(EF)分析计算的相关实验。SEM结果表明：在有序碳纳米管阵列的表面和外壁均匀地负载了大量银纳米粒子。对退火温度为450 ℃,退火时间为30 min的样品进行了EF计算,得到其增强因子约为2.2×103,并分析了EF值低的原因主要是：在碳纳米管上溅射的银膜膜厚不均匀,导致退火后银颗粒分布不均,使得样品粗糙度值偏大,EF值较低;实验中所用的激励光源并非银纳米颗粒的优化光源。     

碳纳米管/硅纳米孔柱阵列的场发射性能

"通过热化学气相沉积的方法将碳纳米管生长到硅纳米孔柱阵列衬底上．采用场发射扫描电子显微镜、透射电子显微镜、高分辨透射电子显微镜、拉曼光谱和X射线能谱对所制备的样品形貌、组成进行了分析．结果发现：所制备产物为一种具有面积大、准周期性的碳纳米管/硅巢状阵列复合结构．能谱分析表明碳纳米管仅含有碳元素．对样品进行场发射性能测试表明该结构开启电压为1.3 MV/m,当外加电压为4.26 MV/m,发射电流为5 mA/cm2．由FN公式计算相应的场增强因子约为1.1￡104．碳纳米管/硅纳米孔柱阵列好的场发射性能被归     

金微/纳颗粒阵列的SERS效应研究

表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,简称为SERS)能够提供有机分子的指纹特征信息,且具有灵敏度高和响应时间快等优点,是一项具有发展前景的分析技术。纳米结构SERS基底是获得SERS信号的关键。本文利用简便的电沉积方法在硅片上制备大面积的金微/纳颗粒阵列。金纳米颗粒之间存在大量狭小的纳米间隙,在光激发下产生大量的SERS热点,从而具有很高的SERS灵敏度。而且,这种金微/纳结构具有高结构稳定性和化学稳定性。该结构对浓度低至10-12 M的罗丹明6G(R6G)具有很高的SERS灵敏性,且具有很好的SERS信号均匀性。利用这种微/纳结构阵列SERS基底,实现对水中低浓度农药甲基对硫磷的成功检测。这表明我们制备的金微/纳颗粒阵列在检测环境中的毒性有机物污染物方面具有潜在的应用前景。     

银纳米粒子修饰三维碳纳米管阵列SERS实验

为了使表面增强拉曼散射(SERS)基底的三维聚焦体积内包含更多的“热点”,能吸附更多探针分子和金属纳米颗粒,以便获得更强的拉曼光谱信号,提出了银纳米粒子修饰垂直排列的碳纳米管阵列三维复合结构作为SERS基底,并对其进行了实验研究。利用化学气相沉积(CVD)方法制备了垂直排列的碳纳米管阵列;采用磁控溅射镀膜方法先在碳纳米管阵列上形成一层银膜,再通过设置不同的高温退火温度,使不同粒径的银纳米粒子沉积在垂直有序排列碳纳米管阵列的表面和外壁。SEM结果表明：在有序碳纳米管阵列的表面和外壁都均匀地负载了大量银纳米粒子,并且银纳米颗粒的粒径、形貌及颗粒间的间距随退火温度的不同而不同。采用罗丹明6G(R6G)分子作为探针分子,拉曼实验结果表明：R6G浓度越高,拉曼强度越强,但是R6G浓度的增加与拉曼强度增强并不呈线性变化;退火温度为450 ℃,银纳米颗粒平均粒径在100～120 nm左右,退火温度为400 ℃,银纳米颗粒平均粒径在70 nm左右,退火温度为450 ℃的拉曼信号强度优于退火温度400和350 ℃。     

银纳米有序阵列SERS活性基底的制备及在膀胱肿瘤细胞检测中的应用

以多孔阳极氧化铝(porous anodic alumina,PAA)膜为模板,采用真空电子束蒸镀技术,分别在PAA多孔层以及阻挡层表面形成了银纳米孔和银纳米帽有序阵列表面增强拉曼散射(surface-enhancedRaman scattering,SERS)活性基底,并以膀胱肿瘤细胞作为分子探针,测试和分析了这两种SERS活性基底的表面增强拉曼光谱的特性。结果表明,两种SERS活性基底对膀胱肿瘤细胞的拉曼散射信号均有很好的增强作用。银纳米帽有序阵列SERS活性基底不仅具有较高的SERS增强和荧光猝灭效应,而且不存在与PAA膜中草酸根杂质相关的干扰峰,可获得膀胱肿瘤细胞拉曼散射光谱的更多细节信息。     

硅纳米孔柱阵列的结构和光学特性研究

采用水热腐蚀技术在单晶硅衬底上制备出一种新的硅微米／纳米结构复合体系——硅纳米孔柱阵列(Si-NPA)，并对其表面形貌、结构及光学特性进行研究.Si-NPA的结构复合性体现为 在微米和纳米两个尺度上形成了三个分明的结构层次，即微米尺度的硅柱阵列结构、硅柱上 的纳米多孔结构以及组成孔壁的硅纳米晶粒.积分光反射谱和荧光光谱测试表明，Si-NPA具 有良好的光吸收和光致发光特性.依据Si－NPA积分反射谱的实验数据，采用Kramers-Kronig 变换关系计算得到了Si-NPA的复折射率和复介电函数、吸收系数等光学常数，并由此讨论了 Si-NPA相对于单晶硅的光学特性发生显著变化的原因.最后，通过分析Si-NPA的光吸收系数 与入射光子能量之间的关系，揭示出Si-NPA具有直接带隙半导体的电子结构特征，而且理论 计算得到的Si-NPA的带隙能与其光致发光谱的峰位能很好符合. 关键词： 硅纳米孔柱阵列 光学特性 电子结构 水热腐蚀     

激光烧蚀法制备Au SERS活性基底

利用Nd:YAG(1064 nm)脉冲激光器对处于二次去离子水中的Au片进行烧蚀,我们可以得到nm级粗糙Au表面。利用激光烧蚀法可以制备出"化学纯净"的Au粗糙片,而不引入杂质离子。通过用C60作为探针分子,对这种粗糙Au表面的表面增强拉曼散射(SERS)进行研究发现,这种Au片是一种高效的SERS活性增强基底,其增强因子可达4×103。     

银覆盖冠状硅柱阵列基底的制备、SERS特性分析及肿瘤标志物miRNA-106a的检测

以聚苯乙烯(PS)小球为模板,采用金属辅助刻蚀和湿法化学刻蚀技术,制备大面积冠状硅柱阵列,再原位生长银纳米粒子后得到银覆盖冠状硅柱阵列(Ag/Si CPA)基底。实验表明,制备的基底具有优良的表面增强拉曼散射(SERS)特性,电磁增强因子达到1.81×10~6。同时,将制备的罗丹明分子(R6G)标记的DNA发卡探针与基底链接,在与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。结果表明,基于(Ag/Si CPA)基底的SERS特性,开展miRNA-106a的检测,具有特异性好和灵敏度高的优势,检测范围为1 fmol·L~(-1)～100 pmol·L~(-1),检测极限为0.917 fmol·L~(-1)。此外,与实时荧光定量多聚核苷酸链式反应(RT-qPCR)方法相比,不仅检测结果一致,而且基于SERS光谱技术的检测方法具有更高的灵敏度。     

基于银纳米三角片与罗丹明6G的荧光共振能量转移法检测钴离子

以罗丹明6G和牛血清白蛋白的复合物为荧光探针,银纳米三角片为猝灭剂,研究了银纳米三角片与荧光复合物的荧光共振能量转移现象,建立了测定钴离子的荧光分析法。研究发现,一定浓度的荧光复合物与银纳米三角片混合后,由于荧光复合物在银纳米三角片上吸附而发生荧光共振能量转移,荧光猝灭达到80%左右。当钴离子存在时,银纳米三角片与罗丹明6G荧光共振能量转移被破坏,荧光逐渐恢复。随着钴离子浓度的增加,体系荧光值的恢复率(I/I₀)与钴离子的浓度(c_Co2+)有良好的线性关系,线性回归方程为I/I₀=1.054+21.72 c_Co2+,相关系数r2为0.996 2。通过对自然水样进行加标回收检测,实现了钴离子的定量检测,回收率在90.4%～115.1%之间。建立了一种可靠的选择性检测钴离子的荧光分析方法。     

Distinguishable behavior of multiple and individual rhodamine‐6G molecules on spherical Ag nanoparticles examined via time dependence of the SERS spectra

We report a surface‐enhanced Raman spectroscopy (SERS) investigation to probe the adsorption and dynamic behavior of rhodamine 6 G (Rh6G) molecules on spherical Ag nanoparticles which were produced via laser ablation in liquid. Assembly of the colloidal Ag nanoparticles on a cover glass was used to work as SERS substrates on which high‐quality SERS spectra of Rh6G were obtained with interesting time dependence when using low and ultralow concentrations, respectively. The variation of SERS spectra over time was identified with the adsorption behavior of multiple and individual molecules on the Ag nanoparticles. Analysis indicates that the adsorbed Rh6G molecules can desorb away from the initial locations on the substrate under continuous laser excitation; simultaneously, some individual molecules can move and become trapped in the gap between the aggregated Ag nanoparticles. These investigations help to clarify the origins of forming ‘hot‐spots’ which host probe molecules and hence improve the understanding of mechanisms for single‐molecule SERS spectroscopy. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

Dependence of Lasing Efficiency on Excitation Frequency in the Pumping of a Rhodamine 6G Solution by Laser Pulses of Microsecond Duration

We have revealed an anomalous dependence of the lasing characteristics of an ethanol solution of rhodamine 6G on the spectral composition of the exciting radiation due to the structure of the excited singlet-singlet absorption spectra and the absorption spectra of short-lived photoexcitation products. Elucidation of the influence of the indicated characteristics makes it possible to select optimum pumping spectra and increase the efficiency and stability of the spectral characteristics of dye-laser systems operating in the microsecond and nanosecond wavelength ranges.     

母环氨基修饰罗丹明衍生物的结构、热力学性质及其光谱的理论研究

采用DFT/B3LYP方法对3种母环氨基修饰的罗丹明类衍生物的结构进行了全优化,得到此3种化合物的基态和激发态的结构参数、振动光谱、前线分子轨道能量等相关数据,并在基态和激发态几何构型优化的基础上,用TD-DFT方法计算了其气相吸收光谱及发射光谱,全面分析了结构特征对热稳定性、前线分子轨道及光谱性质的影响。结果表明：化合物a末端氨基的扭转运动程度最低,化合物b相对于化合物a,分子共轭及平面程度提高,末端氨基的扭转运动程度增大,气相最大吸收波长及最大发射波长红移,且计算分子中最大发射波长最长,热稳定性最低。化合物c在计算分子中共轭及平面程度、热稳定性、HOMO能量最高,能隙最低,气相最大吸收波长最长。但相对于化合物b末端氨基的扭转运动程度增大,最大发射波长蓝移。     

十二烷基硫酸钠(SDS)增强若丹明6G水溶液激光激发荧光谱研究

报道了若丹明6G水溶液添加不同浓度的表面活性剂十二烷基硫酸钠(SDS)时激光激发染料的变化,发现较低的掺入量导致R6G荧光减弱,适量SDS的加入使荧光增强,在5×10-5 mol·L-1的R6G水溶液中,加入6×10-2 mol·L-1 SDS,荧光增强因子达到3.1。当R6G浓度为1×10-4 mol·L-1时,加入2×10-2 mol·L-1,染料激光阈值显著降低。测量了不同浓度的R6G溶液的吸收光谱及加入不同浓度SDS后的荧光谱,分析了不同SDS加入量下R6G荧光减弱及增强的物理机制。     

Identification of two Ag‐2,2′:6′,2″‐terpyridine surface species on Ag nanoparticle surfaces by excitation wavelength dependence of SERS spectra and factor analysis: evidence for chemical mechanism contribution to SERS of Ag(0)–tpy

Measurement and interpretation of the excitation wavelength dependence of surface‐enhanced Raman scattering (SERS) spectra of molecules chemisorbed on plasmonic, e.g. Ag nanoparticle (NP) surfaces, are of principal importance for revealing the charge transfer (CT) mechanism contribution to the overall SERS enhancement. SERS spectra, their excitation wavelength dependence in the 445–780‐nm range and factor analysis (FA) were used for the identification of two Ag‐2,2′:6′,2″‐terpyridine (tpy) surface species, denoted Ag⁺–tpy and Ag(0)–tpy, on Ag NPs in systems with unmodified and/or purposefully modified Ag NPs originating from hydroxylamine hydrochloride‐reduced hydrosols. Ag⁺–tpy is a spectral analogue of [Ag(tpy)]⁺ complex cation, and its SERS shows virtually no excitation wavelength dependence. By contrast, SERS of Ag(0)–tpy surface complex generated upon chloride‐induced compact aggregate formation and/or in strongly reducing ambient shows a pronounced excitation wavelength dependence attributed to a CT resonance (the chemical mechanism) contribution to the overall SERS enhancement. Both the resonance (λ_exc = 532 nm) and off‐resonance (λ_exc = 780 nm) pure‐component spectra of Ag(0)–tpy obtained by FA are largely similar to surface‐enhanced resonance Raman scattering (λ_exc = 532 nm in resonance with singlet metal to ligand CT (¹ MLCT) transition) and SERS (λ_exc = 780 nm) spectra of [Fe(tpy)₂]²⁺ complex dication. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.