基于复合纳米结构的局域表面等离子体光学传感器

局域表面等离子体光学传感器由于其体积小、灵敏度高、免标记等特点成为目前传感器研究热点之一。然而由于银纳米结构的生物兼容性以及氧化问题,成为该传感器发展的瓶颈。提出了利用金／银混合的金属纳米结构克服上述困难,并从有限时域差分数值计算方法入手,设计了银层50nm,金层5nm的六边形分布三角形复合传感结构,并利用纳米球自组装技术实现了该类型传感器。同时,与生物分子蛋白A的结合实验结果表明,该传感器在生物分子溶液浓度213．85nM的条件下仍然具有较高的灵敏度。     

十字形银纳米结构的表面等离子体光子学性质

本文应用离散偶极子近似方法计算了十字形银纳米结构的消光光谱及其近场电场强度分布. 研究表明相比于单根纳米棒, 十字形纳米结构能够提供更强的表面电场; 由于相邻凸起间的电场耦合作用, 当入射光的偏振方向改变时, 在十字形纳米结构的侧表面总能激发出较强的电场.另外, 本文还系统地研究了十字形纳米结构的形貌参数对其表面等离子体共振峰的影响. 这些结果将会指导十字形纳米结构的制备, 以满足其在表面增强拉曼散射中的应用.     

金纳米核壳局域表面等离子体激元的消光特性研究

采用离散偶极近似(Discrete Dipole Approximation,DDA)方法考察核壳比和外界介质折射率对ITO/Au、CdS/Au、Nb-Sn/Au纳米核壳粒子表面等离子体共振消光特性的影响,并利用杂化理论对其物理本质解释。仿真结果表明,ITO/Au和CdS/Au纳米核壳的ω-模式对应的共振峰峰位随核壳比的增加逐渐红移,而Nb-Sn/Au纳米核壳对应的共振峰峰位随核壳比的增加逐渐蓝移;ω+模式对应的四极共振峰峰位随核壳比的增大缓慢蓝移;集中在金壳两极点的振荡电荷对核壳球模式和腔模式的耦合作用以及电场分布有显著影响;相同尺寸纳米核壳的消光能力由强到弱依次是ITO/Au、Nb-Sn/Au、CdS/Au。     

随机取向纳米石墨椭球粒子的红外消光特性

利用离散偶极子近似(DDA)方法研究了椭球形的纳米石墨粒子的红外消光特性。计算了不同形状的椭球粒子红外消光截面随波长变化规律,并与等效球形粒子的消光性能进行了比较,分析了不同入射波长时,椭球粒子形状和粒径对消光的影响。结果表明,椭球状的纳米石墨粒子红外消光性能好于等效球粒子的消光性能,椭球粒子的最佳消光等效粒径与轴长比和入射波长有关。     

半壳结构金纳米膜的局域表面等离子体共振效应

采用纳米模版印刷术和化学自组装技术制备了半壳结构的金粒子膜.利用场发射扫描电子显微镜和光谱仪等测试手段对样品的结构和光学性质进行了分析.研究发现，该结构的金膜所具有独特的局域表面等离子体共振效应取决于样品的粒子大小、间距等微观结构，且其峰值吸收波长对其周围环境介质的介电常数变化十分敏感.实验结果表明，粒子排列均匀的亚单层膜结构是控制光学性质稳定的关键. 关键词： 局域表面等离子体共振 半壳结构 纳米模版印刷术     

金纳米粒子光学性质中的尺寸和形状效应

纳米尺度的金属及半导体呈现出特殊的光学、电学及磁学性质,采用近年发展起来的离散偶极近似(DDA)的方法,我们分析了金纳米粒子的尺寸及形状对其光学性质的影响。粒子周围介质的影响在文中亦作了分析。计算结果显示,金纳米粒子的等离子体吸收带同时受到粒子尺寸和形状的影响,但来自形状的影响更为明显。与米氏理论及扩展的甘氏理论相比较,DDA方法在粒子尺寸不再远小于入射光波长的时候更准确,并能应用于任何形状的纳米粒子。理论计算与实验结果能较好的吻合。     

金银核壳结构复合纳米颗粒的消光特性研究

利用离散偶极近似(Discrete Dipole Approximation-DDA)算法,从理论上模拟分析了金银核壳结构复合纳米颗粒的消光光谱以及不同核壳厚度、不同介质折射率情况下峰位的变化情况。研究结果表明,随着壳层厚度的增加,复合纳米颗粒的消光谱线先逐渐形成两个与单质金属纳米颗粒相似的消光峰,后又逐渐合为一个半峰宽度较宽的消光峰;在不同介质环境中复合纳米颗粒的消光峰都随着介电常数的增大出现红移;无论是作为核层还是壳层,银对总体消光谱线的作用都要比金强。     

胶体金纳米颗粒的表面等离子体发射特性

利用电化学方法制备出粒径为20-80 nm的胶体金纳米颗粒。研究其荧光发射光谱特性,在485nm处观察到表面自由电子集体激发导致的表面等离子体共振发射峰,其位置不随激励光波长的变化而移动。当激励光波长为485 nm时,观察到最强的发射峰。在240和640 nm处,还观察到倍频发射峰和3/4分频发射峰。增加金纳米颗粒粒径,观察到发射谱的峰值增大而发射峰的位置只有很小的红移。     

基于局域表面等离子体共振效应的聚合物波导传感器特性研究

以SU-8光刻胶作为波导芯层材料,设计了基于金纳米粒子的局域表面等离子体共振(LSPR)波导传感器。根据Mie理论,建立了金纳米粒子的消光模型,理论分析了纳米粒子半径、待测物折射率等因素对局域表面等离子体共振曲线的影响。分析表明:当待测液体折射率增大时,LSPR共振峰的位置发生红移。随着金纳米粒子半径的逐渐增大,传感器灵敏度增加。共振吸收峰逐渐由单峰变为双峰,其中一个峰位于520 nm波长附近,主要由表面等离子体吸收造成;另一个峰随金纳米粒子半径的增大而逐渐红移,主要由表面等离子体散射造成。     

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     

三角缺口正三角形纳米结构的共振模式

设计了一个三角缺口三角形破缺纳米结构,它是从正三角形底边切掉一个三角切片所构成.应用离散偶极子近似方法研究了其消光光谱及表面电场分布.结果发现,该破缺纳米结构的消光光谱中出现了具有Fano共振的线形.分析表明,这个Fano共振线形是由绑定与反绑定混合表面等离激元模式相互作用所致.研究了三角缺口三角形纳米结构的结构参数对Fano共振的影响.     

金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振与面形状关系研究

采用三维时域有限差分法,数值研究了等高、等体积下不同形状金属纳米颗粒的局域表面等离子体的共振性质及其规律,得到了面形状因子对共振波长的影响关系。研究表明,沿偏振方向的形状变化对共振波长偏移有重要贡献,在空气中,确定金属纳米结构局域表面等离子体共振波长的形状参数L可采用偏振方向上的纵横比和面形状因子描述,L可以拟合为纵横比和面形状因子乘积的线性函数。得到了等高、等体积下不同形状金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振的电场能量和共振波长的关系,面形状因子越小,形状越尖锐,电场能量越高,共振波长红移。研究结果为进一步了解金属纳米颗粒的局域表面等离子体共振性质提供有益的参考。     

金属纳米颗粒光学性质的离散偶极近似计算

采用离散偶极子近似(DDA)方法,研究了单体银纳米粒子和银纳米粒子阵列的光谱特性。研究结果发现,单体银纳米粒子的表面等离子体共振消光峰的位置随着周围介质折射率和粒子尺寸的增大逐渐红移,并且消光光谱的峰宽也越来越大。当银纳米粒子正方阵列的周期接近单体的共振波长时,阵列的消光光谱中会出现尖锐的共振峰,改变粒子尺寸的大小可以发现消光光谱中共振峰的峰值和位置有大幅度地改变,通过改变阵列在平行和垂直于入射光偏振方向上的周期,可以调节二维长方阵列共振峰的峰宽和峰位。该研究为纳米粒子在光学显微镜、生物传感元件、数据存储等领域中的应用提供有效地理论参考。     

随机取向烟幕凝聚粒子的消光特性

采用蒙特卡罗方法根据团簇-团簇凝聚(CCA)模型对由球形原始微粒凝聚而成的烟幕凝聚粒子进行模拟,用离散偶极子近似(DDA)方法研究随机取向烟幕凝聚粒子的消光特性.结果表明,凝聚粒子的消光特性受到原始微粒数量以及粒径的影响,粒子的凝聚将减弱烟幕的消光性能;当凝聚结构中原始微粒的数目一定时,存在使烟幕消光性能达到最大的原始微粒粒径.     

六角星形Ag纳米结构的光学及传感特性

本文用时域有限差分法研究了六角星形Ag纳米结构的消光光谱及其传感特性。计算结果表明,随着顶角角度从20°逐渐增大到140°,六角星形Ag纳米结构消光光谱峰值波长出现蓝移现象,并且强度逐渐减弱。折射率灵敏度受顶角角度影响变化很大,但角度变化对消光光谱的半高全宽的影响较小,品质因数主要受折射率灵敏度的影响在30°时最大。对于实验中顶角钝化的情况,本文分析发现,顶角钝化程度对其消光光谱也有一定影响,品质因数会随着顶角钝化的增加而减小,传感特性减弱。     

银纳米棒双体结构的表面等离子体共振光学特性研究

利用时域有限差分方法,研究了银纳米棒双体结构的散射光谱及其电场分布,并对其局域表面等离子体耦合共振特性进行了分析。研究表明随着银纳米棒之间的距离变大,其表面等离子共振峰的强度逐渐变弱,横向四极模式和横向偶极模式峰位基本不变。纳米棒半径的增加和夹角的变大,都会引起峰值强度明显增强。通过场分布计算发现,纳米棒半径的增加和夹角的变大都可以在颗粒的近场区域产生"热点",这种局域电磁场显著的增强对表面增强拉曼散射、荧光探针、纳米催化等方面的应用具有参考价值。     

银纳米三棱柱二聚体的光学性质研究

本文利用离散偶极子近似方法研究了银纳米三棱柱二聚体的光学性质, 考察了粒子相对位置、粒子间隔和入射光偏振方向对消光谱和电场的影响。入射光偏振对二聚体的消光谱和表面电场均有较大的影响。纳米粒子间隔较小时, 粒子间存在较强的耦合; 粒子间隔较大时, 二聚体的消光谱更接近两个相互独立的粒子情形。另外二聚体的表面电场分布和平均电场强度还受到粒子相对位置和间隔的影响, 随着粒子间隔的增大, 表面平均电场值振荡上升达到最大值后减小。     

金纳米颗粒的有序制备及其光学特性

采用纳米球蚀刻技术在石英衬底上制备了不同高度的金纳米颗粒阵列.通过扫描电子显微镜对其表面形貌进行了观测,表明金纳米颗粒为有序分布的三棱柱结构.通过红外—紫外吸收光谱仪在190—900nm波长范围内对其光吸收特性进行了测量, 并成功观测到了金纳米颗粒表面等离子体振荡效应引起的光吸收峰,结果表明随着金纳米颗粒高度的增加,其吸收峰的位置向短波方向移动(蓝移).同时对金纳米颗粒的光吸收特性进行了基于离散偶极子近似的理论计算,并与实验结果进行了比较. 关键词： 纳米球蚀刻技术 金纳米颗粒 离散偶极子近似     

以表面等离子体为媒介的ZnO薄膜发光增强特性研究

采用两步法制备Si基Ag/ZnO双层结构薄膜,研究了Ag覆盖层的厚度和生长温度T对ZnO近带边发光强度的影响.对于厚度为100 nm的ZnO薄膜,发现Ag覆盖层的最佳厚度仅为8 nm,此时双层薄膜相对于单层ZnO薄膜的发光增强因子η达到最大值8.1;同时还发现,在最佳Ag层厚度下,生长温度T≥300 ℃时生长Ag所获Ag/ZnO双层薄膜的ZnO发光强度比生长温度T≤200 ℃时生长的双层薄膜样品大一倍以上,η ≈ 18.结合对双层薄膜表 关键词： 表面等离子体共振 复合薄膜