鋁基納米材料表面增強(qiáng)光譜的研究.pdf

1、近年來(lái)，基于局域表面等離激元的表面增強(qiáng)光譜技術(shù)飛速發(fā)展，且被廣泛應(yīng)用于分子檢測(cè)、生物成像、光催化等領(lǐng)域。鋁納米材料在紫外區(qū)域的等離激元特性非?；钴S，突破了傳統(tǒng)貴金屬材料在紫外光譜區(qū)的限制，具有很大的應(yīng)用潛力。等離激元技術(shù)的關(guān)鍵在于調(diào)節(jié)納米材料的尺寸和三維形貌，使材料的等離激元模式與入射光匹配。本文以此為核心對(duì)鋁納米材料的性質(zhì)進(jìn)行了研究，論文主要工作及成果如下：
　　1.表面增強(qiáng)使用的納米基底通常只具有較窄的光譜響應(yīng)范圍，無(wú)法對(duì)多種

2、被檢測(cè)分子同時(shí)提供增強(qiáng)效果。我們提出利用離子注入技術(shù)制備金屬納米陣列的方法，對(duì)注入粒子的能量和深度進(jìn)行了調(diào)控，成功制備了具有寬譜響應(yīng)的鋁銀雙金屬?gòu)?fù)合材料基底。在這種基底上，我們?cè)谡麄€(gè)紫外至可見(jiàn)光區(qū)實(shí)現(xiàn)了多種分子的同時(shí)探測(cè)，促進(jìn)了表面增強(qiáng)技術(shù)在分子檢測(cè)領(lǐng)域的發(fā)展。
　　2.表面增強(qiáng)光譜存在的多種物理機(jī)制，會(huì)影響光的激發(fā)和發(fā)射過(guò)程，這些機(jī)制與納米結(jié)構(gòu)和被檢測(cè)分子的距離有關(guān)。我們研究了表面增強(qiáng)光譜的距離依賴(lài)機(jī)制，設(shè)計(jì)了不同厚度的隔離層薄

3、膜進(jìn)行光譜檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)觀察到了表面增強(qiáng)熒光強(qiáng)度隨距離的改變先增強(qiáng)后衰減的現(xiàn)象，驗(yàn)證了表面增強(qiáng)熒光中抑制作用和增強(qiáng)作用的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。通過(guò)計(jì)算和實(shí)驗(yàn)觀察，證實(shí)了當(dāng)分子與金屬之間處于最佳距離（約為10nm）時(shí)，分子獲得了最強(qiáng)的光譜增強(qiáng)效果。
　　3.我們通過(guò)超晶格納米模板方法，制備了厘米尺度的有序鋁納米陣列，并實(shí)現(xiàn)了納米結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)控制。我們實(shí)現(xiàn)了鋁納米碗等離激元光譜在紫外光譜區(qū)的連續(xù)調(diào)控，并將材料光譜與二氧化鈦的帶隙進(jìn)行了匹配，提升了光催化

4、的效率，實(shí)現(xiàn)了表面增強(qiáng)光譜中的光電轉(zhuǎn)化。我們通過(guò)時(shí)域有限差分的方法對(duì)材料等離激元光譜進(jìn)行了模擬并對(duì)結(jié)論進(jìn)行了證實(shí)。
　　4.我們?cè)O(shè)計(jì)了鋁納米碗與二氧化鈦復(fù)合的等離激元光催化材料體系，揭示了在鋁納米材料體系中等離激元光催化的物理機(jī)制。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，定量的給出了不同增強(qiáng)機(jī)制對(duì)光催化的貢獻(xiàn)，驗(yàn)證了光譜耦合對(duì)等離激元光催化的重要性，并證明了材料體系中輻射能量轉(zhuǎn)移過(guò)程和界面能量轉(zhuǎn)移過(guò)程同時(shí)存在。觀察到了鋁與半導(dǎo)體接觸時(shí)界面熱電子傳輸?shù)倪^(guò)程，從實(shí)