表面修飾ZnO納米棒光致發(fā)光和表面增強(qiáng)光譜效應(yīng)研究.pdf

1、表面增強(qiáng)光譜技術(shù)是納米科學(xué)技術(shù)與光學(xué)技術(shù)交叉融合形成的前沿科學(xué)領(lǐng)域。金(Au)、銀(Ag)以及其他貴金屬納米粒子的表面增強(qiáng)光譜效應(yīng)研究激發(fā)了全球的研究熱情，并在生物分子和生物細(xì)胞探測領(lǐng)域有著重大的應(yīng)用價(jià)值。近年來，一維氧化鋅(ZnO)納米材料優(yōu)異的光、電、傳感、生物兼容性等諸多物理和化學(xué)性能和易制備、低成本等巨大應(yīng)用潛力使之成為生物探測領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。其中，基于ZnO納米材料的表面增強(qiáng)光譜研究也受到了廣泛關(guān)注，但其增強(qiáng)機(jī)制和應(yīng)用有待進(jìn)一

2、步研究和拓展。并且，ZnO納米材料經(jīng)其他納米結(jié)構(gòu)材料表面修飾后可以結(jié)合不同材料形貌和特性優(yōu)勢用以實(shí)現(xiàn)表面增強(qiáng)光譜的協(xié)同增益，在增強(qiáng)光譜研究領(lǐng)域具有極大的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值，但目前尚無相關(guān)報(bào)道。本論文研究了ZnO納米棒、Ag(Au)-ZnO和ZnO-二氧化硅(SiO2)等納米棒形貌、結(jié)構(gòu)以及光致發(fā)光特性的調(diào)制，并著重對樣品的表面增強(qiáng)光譜效應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)研究，討論了經(jīng)表面修飾后的ZnO納米棒表面增強(qiáng)熒光和表面增強(qiáng)拉曼散射的機(jī)理，以熒光素分子、生

3、物細(xì)胞和分子為探測對象，實(shí)現(xiàn)了熒光和拉曼信號的有效增強(qiáng)和高靈敏度探測。主要內(nèi)容概括如下：
　　采用籽晶層輔助的水熱法在Si襯底上實(shí)現(xiàn)了ZnO納米棒的控制制備和發(fā)光特性的調(diào)控。本研究發(fā)現(xiàn)通過改變前驅(qū)體濃度或?qū)ψ丫雍筇幚砜蓪?shí)現(xiàn)對納米棒的形貌及發(fā)光的調(diào)控。通過研究后處理的籽晶層對納米棒的作用機(jī)制發(fā)現(xiàn)，籽晶層不但可以決定納米棒的直徑和密度，其表面氧富集缺陷直接影響納米棒沿c軸的生長速度和發(fā)光特性；
　　控制制備了多種異質(zhì)結(jié)構(gòu)的Zn

4、O-SiO2納米棒，深入研究了介質(zhì)層修飾對納米棒發(fā)光特性的作用機(jī)制并探索了核殼結(jié)構(gòu)ZnO-SiO2納米棒的增強(qiáng)熒光效應(yīng)。本研究發(fā)現(xiàn)對不同前驅(qū)體濃度的納米棒進(jìn)行SiO2包覆可獲得核殼結(jié)構(gòu)ZnO-SiO2納米棒和一種新型的ZnO納米點(diǎn)-SiO2納米棒，通過控制前驅(qū)體用量可以實(shí)現(xiàn)對SiO2殼層厚度、發(fā)光特性和發(fā)光穩(wěn)定性的調(diào)制，而SiO2殼可有效提高ZnO納米棒的增強(qiáng)熒光效應(yīng)，相應(yīng)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的機(jī)制被深入分析；
　　對Ag(Au)-ZnO異質(zhì)

5、結(jié)構(gòu)納米棒對熒光素分子的表面增強(qiáng)熒光效應(yīng)進(jìn)行系統(tǒng)研究。首先，設(shè)計(jì)制備ZnO納米棒/Ag薄膜作為一種新型的增強(qiáng)熒光襯底，同未引入金屬薄膜的ZnO納米棒/Si襯底相比實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)量級以上的增強(qiáng)熒光效果，并研究了Ag薄膜的光反射特性和納米棒的光波導(dǎo)特性對于增強(qiáng)熒光的作用機(jī)制。其次，對三維結(jié)構(gòu)的Ag納米粒子-ZnO納米棒表面增強(qiáng)熒光效應(yīng)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，實(shí)現(xiàn)了皮摩爾量級以下的生物熒光素?zé)晒庑盘柕脑鰪?qiáng)與探測，提出三明治結(jié)構(gòu)SiO2介質(zhì)層-Ag納米粒子

6、-ZnO納米棒可進(jìn)一步提升熒光探測的靈敏度和適用性。此外，還對Au納米粒子-ZnO納米棒陣列體現(xiàn)出的增強(qiáng)熒光和熒光淬滅現(xiàn)象的機(jī)理進(jìn)行了討論；
　　系統(tǒng)研究了Au(Ag)納米粒子-ZnO納米棒的表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)效應(yīng)。以羅丹明等熒光素分子為研究對象對Au納米粒子-ZnO納米棒和Ag納米粒子-ZnO納米棒的SERS效應(yīng)進(jìn)行了深入研究。進(jìn)而利用Au納米粒子-ZnO納米棒為增強(qiáng)襯底分別實(shí)現(xiàn)了單個(gè)血紅細(xì)胞、大腸桿菌（革蘭氏陰性菌）