復(fù)合金屬納米粒子的局域表面等離子體共振傳感特性研究.pdf

1、金屬納米粒子的局域表面等離子體共振特性在生物傳感中的應(yīng)用是目前研究熱點(diǎn)之一。該傳感器具有制造成本低，攜帶方便的優(yōu)點(diǎn)，但其探測(cè)靈敏度較低，如何提高該傳感器的探測(cè)靈敏度是重點(diǎn)研究對(duì)象。其中，金屬納米粒子的折射率靈敏度是影響傳感器探測(cè)靈敏的重要參數(shù)之一。不同的材料具有不同的電磁特性，因此將不同材料復(fù)合可以調(diào)節(jié)納米粒子的局域表面等離子體共振特性，可作為一種提高納米粒子折射率靈敏度的有效方法。本文提出了兩種復(fù)合納米結(jié)構(gòu)并對(duì)其局域表面等離子體共振特

2、性展開(kāi)研究。
　　 金納米粒子化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，與生物分子的親和力強(qiáng)，但是折射率靈敏度較低，而銀納米粒子則剛好相反。若將兩者結(jié)合，不僅可提高納米粒子的折射率靈敏度，利于傳感的優(yōu)良特性也可以保留。據(jù)此，本文提出了一種在銀層上面覆蓋一層金的四棱臺(tái)復(fù)合納米結(jié)構(gòu)，采用離散偶極子近似的數(shù)值計(jì)算與基本理論相結(jié)合的方法針對(duì)這種金銀復(fù)合納米結(jié)構(gòu)不同金銀比例下的消光特性和折射率靈敏度特性進(jìn)行研究。結(jié)果表明，納米粒子厚度的增加會(huì)造成納米粒子的消光峰值波

3、長(zhǎng)藍(lán)移。金材料比例的增加會(huì)使金銀復(fù)合結(jié)構(gòu)的納米粒子的消光峰值波長(zhǎng)紅移。同時(shí)，結(jié)果還表明，當(dāng)金銀復(fù)合結(jié)構(gòu)的納米粒子的厚度大于自由電子的平均自由程時(shí)，其局域表面等離子體激發(fā)強(qiáng)度不發(fā)生變化。
　　 具有更多“熱點(diǎn)”(尖角多所致)，同時(shí)能利用納米粒子之間耦合效應(yīng)的Ag/SiO2/Ag復(fù)合結(jié)構(gòu)是另一種具有較高折射率靈敏度的納米結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)是在兩正方體銀納米粒子之間夾了一層SiO2，然而若起主要貢獻(xiàn)的強(qiáng)局域電場(chǎng)的分布進(jìn)入SiO2夾層，顯然這

4、部分電場(chǎng)將失去對(duì)外界環(huán)境變化的響應(yīng)能力，折射率靈敏度自然受影響。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可將尖角處的SiO2去除，使起主要貢獻(xiàn)的強(qiáng)局域電場(chǎng)暴露于外界環(huán)境中。由此，本文提出了一種Ⅰ型Ag/SiO2/Ag復(fù)合結(jié)構(gòu)，采用時(shí)域有限差分方法研究該結(jié)構(gòu)在不同SiO2夾層厚度下的消光特性及折射率靈敏度特性。計(jì)算結(jié)果表明，通過(guò)調(diào)節(jié)夾層厚度，可獲得比調(diào)節(jié)尺寸更大的共振峰位置的調(diào)節(jié)范圍，可增強(qiáng)納米粒子的消光效率(最大可增強(qiáng)1.5倍左右)，可使其局域電場(chǎng)變強(qiáng)，且可