不同形貌銀納米粒子的表面增強拉曼散射及作用機制研究.pdf

1、貴金屬納米粒子以其獨特的光學性質(zhì)成為納米科學和表面等離子體光子學的研究重點。近期研究發(fā)現(xiàn),金屬納米粒子表面的納米尺度的紋理、缺陷、尖端、溝槽等結(jié)構(gòu)會改變粒子的光學性質(zhì),增大其表面增強拉曼散射(SERS)效應。據(jù)此,本論文研究了不同形貌的銀納米粒子的SERS活性,分析了粒子表面結(jié)構(gòu)對其光學性質(zhì)和表面光場的影響,并從理論和實驗兩方面探討了納米粒子表面光場與其SERS活性的關(guān)聯(lián)性。論文的主要研究工作及取得的成果如下:
　　 1、不同形

2、貌銀納米粒子的制備和表征。以硝酸銀為銀源,通過化學還原的方法制備得到球形銀納米粒子和花形銀納米粒子,并以自組裝的方法制備成基底。球形銀納米粒子粒徑約為50nm,分散性良好,在某些區(qū)域內(nèi)有出現(xiàn)團聚；花形銀納米粒子外形接近球形,粒徑約為400nm,在粒子表面有大小不等的凸起,凸起之間自然的形成不規(guī)則的溝槽結(jié)構(gòu)。球形銀納米粒子的表面等離子體共振特征吸收峰位于波長416nm處,其共振瑞利散射峰位于470nm處,對應于球形銀納米粒子的偶極等離子體

3、共振；花形銀納米粒子沒有明顯的表面等離子體共振特征吸收峰和特征散射峰,為一較寬包絡(luò),表明其包含有多極等離子體振動模式。位于波長800nm和600nm的散射峰分別是偶極等離子體振動和四極等離子體振動。
　　 2、研究了不同形貌銀納米粒子SERS效應。以亞甲基藍(MB)作為探針分子,分別測量了其在球形和花形銀納米粒子基底上的拉曼散射,計算得到了在514.5nm和785nm激發(fā)下不同形貌的銀納米粒子基底的增強因子(EF)。球形:EF5

4、14.5=2×105、EF785=2×106；花形:EF514.5=3.2×105、EF785=1.3×107。研究結(jié)果顯示,花形銀納米粒子的SERS活性高于球形銀納米粒子。
　　 3、利用FDTD理論模擬了不同形貌銀納米粒子的表面光場分布及其光譜。理論模擬得到的銀納米粒子的光譜與實驗測量的光譜相一致。具有表面結(jié)構(gòu)的花形銀納米粒子的光學性質(zhì)及表面光場分布均發(fā)生了明顯的變化,與相同粒徑的球形銀納米粒子模型相比,其粒子表面光場增強。

5、研究表明,金屬納米粒子表面光場與其SERS效應具有相關(guān)性。
　　 4、近場光學掃描顯微鏡觀察到花形銀納米粒子表面光場的強度高于球形銀納米粒子,從實驗上表征了金屬納米粒子表面光場與納米粒子SERS效應的關(guān)聯(lián)性。
　　 綜上研究表明,具有凸起或溝槽等表面結(jié)構(gòu)的花形銀納米粒子比球形銀納米粒子具有更強的SERS活性,其表面結(jié)構(gòu)改變了粒子的光譜和表面光場分布,使其光場變大,產(chǎn)生強的SERS效應。
　　 論文最后指出,近年來