貴金屬納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性和利用表面等離子體增強光學(xué)效應(yīng)的研究.pdf

1、表面等離子體因為其獨特的性質(zhì)，如表面局域和近場場強增強特性，可廣泛用于生物傳感器、成像、太陽能電池和納米尺度的光電器件等領(lǐng)域。金屬納米結(jié)構(gòu)，尤其是貴金屬納米結(jié)構(gòu)的光譜性質(zhì)實際上可以反映表面等離子體的光學(xué)性質(zhì)。因此，貴金屬納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì)引起了科學(xué)研究人員的極大興趣。
　　 本文系統(tǒng)地介紹了表面等離子體的發(fā)展歷史、特性、應(yīng)用以及有關(guān)貴金屬納米結(jié)構(gòu)光學(xué)性質(zhì)的研究進展。研究了具有創(chuàng)新性的電子束刻蝕法制備的貴金屬(銀和金)納米結(jié)構(gòu)的光

2、學(xué)性質(zhì)和應(yīng)用。本文的主要研究成果和結(jié)論如下：
　　 1.研究了室溫、空氣氣氛下放置的銀納米棒的不穩(wěn)定性。在室溫、空氣氣氛下放置的銀納米棒隨著放置時間的增加，其消光光譜出現(xiàn)了紅移、寬化和衰減。我們將掃描電子顯微鏡觀察和理論模擬兩種途徑相結(jié)合，用以分析消光光譜產(chǎn)生這些變化的原因，得到的結(jié)果將光譜變化歸因于銀的硫化和銀納米棒的結(jié)構(gòu)破壞。我們也討論了銀納米棒長寬比對其光譜變化產(chǎn)生的影響。
　　 2.為了解決銀的不穩(wěn)定性，設(shè)計并制

3、備了由銀、金組成的雙層納米棒結(jié)構(gòu)。這是首次利用電子束刻蝕法成功制備銀/金雙層納米結(jié)構(gòu)。金層在銀層的上面。對這種雙層納米棒的光學(xué)性質(zhì)做了研究。與單層銀納米棒相比，上面覆蓋有金層時，納米棒的L模式的消光光譜發(fā)生藍(lán)移，T模式的消光光譜發(fā)生了紅移。對銀/金雙層納米棒的局域場強增強因子也做了模擬研究，其最大值僅為單層銀納米棒的一半。我們也討論了銀/金雙層納米棒的長寬比對其光譜的影響。
　　 3.由于金的價格比較貴，所以我們用比金便宜且具有

4、很好的抗腐蝕性能的鈦取代金，將它覆蓋在銀納米棒表面。我們不僅研究了這種雙層納米棒的光學(xué)性質(zhì)，還進一步研究了鈦層的厚度對銀納米棒的保護作用的影響。我們發(fā)現(xiàn)表面有鈦層的銀納米棒在室溫、空氣氣氛中放置2－3個月后，其消光光譜和形貌沒有明顯變化。這說明鈦層可以有效地保護銀，從而穩(wěn)定局域在銀納米結(jié)構(gòu)的表面等離子體的性質(zhì)。
　　 4.我們用理論模擬方法系統(tǒng)地討論了構(gòu)成金納米蝴蝶結(jié)結(jié)構(gòu)的金三角形的頂角角度大小和兩個頂角相對的等腰三角形問的反饋

5、間隙大小對局域在金蝴蝶結(jié)納米結(jié)構(gòu)的局域表面等離子體共振波長，消光系數(shù)和局域近場場強增強的影響。并且發(fā)現(xiàn)用電子束刻蝕法制備的金納米蝴蝶結(jié)的消光光譜與模擬結(jié)果基本符合。這個研究可以指導(dǎo)我們設(shè)計局域表面等離子體共振峰在我們所需波長或局域近場場強增強最大的金屬納米蝴蝶結(jié)結(jié)構(gòu)。
　　 5.利用局域在貴金屬納米結(jié)構(gòu)的局域表面等離子體增強發(fā)光和拉曼散射。我們觀察到摻在摩爾組成為60SiO2-20Al2O3-20CaF2-0.3Tb3+-20Y

6、b3+的徼晶玻璃內(nèi)的Tb3+離子在微晶玻璃表面有銀納米棒區(qū)域測得的發(fā)光強度增強了1.6倍左右。通過局域表面等離子體峰與Tb3+離子的激發(fā)波長的匹配和在Tb3+離子的激發(fā)及發(fā)射波長處的局域近場場強的模擬研究，我們認(rèn)為Tb3+離子的發(fā)光增強歸因于局域近場場強增強對銀納米棒結(jié)構(gòu)附近的Tb3+離子的作用，以及局域表面等離子體與銀納米棒附近的Tb3+離子的對應(yīng)于其激發(fā)能量的7F6 to5D4躍遷的耦合。此外，我們還對利用局域表面等離子體來實現(xiàn)拉曼