亚波长金属椭球周期阵列—金属薄膜复合结构的光透明特性研究

设计了一种新型的亚波长透明金属结构,该结构由一层六角晶格排列的椭球形金纳米颗粒沉积在金膜上构成。使用时域有限差分法计算了该结构的透射特性,发现该金属结构具有强的光学透明现象。随着椭球纵横比或金膜厚度的增加,共振透射峰出现明显的蓝移,且透射率发生显著变化。此外还发现,金纳米椭球颗粒阵列位于金膜上表面时的透射率比位于下表面时的透射率要大。     

激光液相烧蚀法制备金核银壳纳米结构及其性能的研究

采用波长为248nm的KrF准分子激光烧蚀制备纯净的金核银壳复合纳米结构,通过高分辨透射电子显微镜(HRTEM)以及电子能谱(EDS)对其形貌结构和成分进行了表征。实验发现,控制银壳的厚度能够调节该纳米结构的表面等离共振吸收曲线峰位,采用Mie理论对金核银壳纳米结构在形成过程中的表面等离共振吸收曲线进行了模拟,模拟结果与实验结果一致。探讨了激光烧蚀法制备金核银壳纳米结构的机制。此外,实验结果表明准分子激光烧蚀法制备的金核银壳纳米结构具有优异的表面增强拉曼光谱(SERS)活性,可用于物质痕量检测领域。     

金纳米棒复合纳米颗粒荧光辐射的微观和宏观调控

正金属纳米颗粒以其独特的表面等离子体共振(Surface plasmon resonance,SPR)特性广泛应用于生物标识、荧光增强、表面增强拉曼散射(SERS)等诸多领域。其中荧光增强和SERS主要利用的是金属纳米颗粒SPR产生的激发增强或发射增强效应。提出了一种基于金纳米棒的荧光增强的新方法:通过将金纳米棒的横向和纵向SPR模式分别与荧光分子的激发和辐射波段相匹配,可以实现激发和辐射的同时增强,获得最大的"激发-发射"效率。为验证这种"双SPR荧光增强"物理机制,开展了DDA数值模拟和单纳米颗粒荧光观测实验、理论和实验结果表明,满足"双SPR荧光增强"机制的金纳米棒复合纳米颗粒具有最高的"激发-发射"效率,达到20倍之多。这种"双SPR荧光增强"机制为表面等离子体荧光增强提供了一种新的思路。     

不同尺寸、形状和组成的金纳米颗粒的光热特性:在癌症治疗中的应用

光热疗法由于其安全和高效的优点,作为一种非破坏性方法在癌症治疗中有广泛的应用前景。光热疗法中,所采用的纳米颗粒在近红外波段的光热转换效率取决于纳米颗粒的光谱吸收特性。采用时域有限差分法对球型、壳型、杆型、片型、笼型、星型和花型等七种不同金纳米颗粒的光谱吸收特性进行了仿真计算,结果表明纳米颗粒的几何参数和结构对其光谱吸收效率和共振波长产生了显著的影响。通过对比七种金纳米颗粒的体积吸收系数,发现金纳米片在近红外波段的光热转换效率优于其他六种金纳米颗粒。从电流密度矢量分布得出,金纳米颗粒内部产生共振电流是导致金纳米颗粒在近红外波段具有明显的单色吸收特性的原因。     

修饰不同金纳米颗粒的极大角倾斜光纤光栅折射率传感特性研究

研究了分别使用大尺寸金纳米壳与星型金纳米颗粒修饰极大角倾斜光纤光栅(ExTFG)的局域表面等离子体共振(LSPR)传感器,实验对比了这两种ExTFG-LSPR传感器的折射率传感特性。实验结果表明:修饰星型金纳米颗粒的ExTFG传感器,其TM、TE模的基于波长变化的折射率灵敏度分别提升约15.52和12.8nm/RIU,但共振吸收效应不明显;而修饰大尺寸金纳米壳的ExTFG传感器,在大尺寸金纳米壳的LSPR作用下,其TM、TE模的基于波长变化的折射率灵敏度分别提升约31.1和26.99nm/RIU,同时,TM与TE模在C-L波段表现出强烈的共振吸收,基于归一化强度变化的折射率灵敏度分别约为185.18%/RIU和251.83%/RIU。     

纳米ZnO薄膜的热蒸发法制备及其光电特性研究

以醋酸锌为原料、O/Ar的混合气体为携载气体,在500℃的温度下应用热蒸发法在p型Si基片上生长纳米ZnO薄膜,并研究了其形貌、结构和光电特性.X-射线(XRD)衍射结果显示所制备ZnO纳米晶体呈六角纤锌矿结构;扫描电子显微镜(SEM)观察发现生长的Zn0薄膜平整均匀,纳米晶体颗粒平均尺寸为25nm.应用紫外-可见光吸收谱分析了其吸收特性,发现该ZnO薄膜在紫外波段具有很强的吸收,其吸收边位于320nm处.由于量子限制效应,与体材料相比,该吸收边存在明显的蓝移.应用光致发光谱(PL)研究了其发光特性,发现该ZnO薄膜在近紫外以及蓝-绿光波段具有强烈的受激发射.最后,还研究了ZnO薄膜的电容-电压(C-V)特性.     

制备条件对TiO2薄膜结构和光学性能的影响

借调节sol-gel法中溶胶的pH值,薄膜的热处理温度,研究了它们对TiO2薄膜的晶相组成、晶粒大小、表面结构和紫外及可见光吸收性能的影响。结果表明:pH为7时有利于TiO2由锐钛矿向金红石相转变,薄膜的孔隙度为94nm,有较高的表面粗糙度。pH值升高,TiO2薄膜的孔隙度和颗粒度增大;热处理温度升高,薄膜的紫外吸收发生红移,可见光波段透射率降低,故最佳热处理温度为500℃。     

基于ZnO可饱和吸收体的超快激光器

ZnO是一种优异的可饱和吸收体(SA),然而它在近红外波段的光吸收性能较弱,限制了其在超快光子学领域的进一步应用.首先采用水浴法制备了 ZnO微球粉末,旋涂到金镜衬底上制备成ZnO-SA,再利用磁控溅射法及热退火在ZnO-SA表面修饰了金纳米颗粒,制备了一种新型的金核壳结构的ZnO-SA.由于金纳米颗粒的表面等离子体吸收效应,将ZnO-SA的调制深度提升至4.07％,非饱和损耗降低至24％.使用这种新型的ZnO-SA成功地提升了调Q激光器的输出特性,同时也构建了稳定的波长为1.55 pm环形腔掺铒光纤锁模激光器,最大平均输出功率为2.67mW,重复频率为3.53 MHz.研究结果表明,这种具有金纳米颗粒修饰的ZnO-SA在制备高性能锁模激光器方面具有巨大的应用潜力.     

纳米薄膜基底对表面增强拉曼光谱检测环丙沙星的影响

基于金纳米颗粒薄膜基底和金纳米棒薄膜基底,使用表面增强拉曼光谱（SERS）技术对环丙沙星（CIP）的含量进行了分析检测,为食品中CIP残留检测提供了新方法。通过使用柠檬酸钠还原氯金酸制备金纳米颗粒胶体,以及通过晶种生长法制备金纳米棒胶体,以应用于SERS增强基底。通过不同激发光波长对CIP进行SERS检测,确定了最佳激光波长为780 nm。使用校正集CIP标准溶液,建立CIP浓度-SERS信号强度的工作曲线,使用检验集样本观察工作曲线的预测能力。结果表明：使用金纳米颗粒基底进行CIP的SERS检测,回收率在97.1%～105.0%;使用金纳米棒基底进行SERS检测,回收率在96.3%～121.8%。因此,SERS在检测CIP抗生素领域具有高灵敏度、快速检测等优势。     

凸面锗窗口亚波长抗反射结构的设计与制备

红外光学成像系统的灵敏度与光学窗口透射率密切相关，锗窗口是红外光学系统的常用窗口，在锗窗口上制备亚波长结构可以增强抗反射性能从而提高透射率，且常选择凸面窗口以获得更大的视场角。针对在曲面窗口上亚波长结构的制备工艺较为复杂的难题，本文运用柔性紫外纳米压印方法（soft UV-NIL），在凸面锗窗口表面高效、高质量地制作了亚波长抗反射结构。首先基于时域有限差分方法优化设计了亚波长抗反射结构参数，然后基于soft UV-NIL工艺制备了符合设计要求的亚波长结构。测试结果表明，在3.55～5.55μm波长范围内，凸面锗窗口单面平均透射率由65.81%提升到78.68%，在波长为4.4μm处，透射率由65.85%提升至83.13%，实现了中红外宽波段抗反射效果。     

电磁防护材料专题

题目：Fe3O4／Ni复合纳米颗粒的制备及其微波吸收特性 作者：哈日巴拉、付乌有、杨海滨、刘冰冰、邹广田 摘要：采用电爆炸技术,合成了粒径约为70nm的Ni纳米颗粒,以3-巯基丙基三甲氧基硅烷偶联剂（MPTS）对Ni颗粒进行表面改性,利用共沉淀法对改性Ni颗粒进行包覆得到核-壳结构的复合纳米颗粒。     

晶种法可控制备硫普罗宁包覆的大尺寸金纳米颗粒

该实验采用15 nm的金纳米颗粒作为晶种,使用晶种生长法合成尺寸为50 nm和100 nm的金纳米颗粒,通过表面配体交换法得到表面包覆硫普罗宁的大尺寸金纳米颗粒。该法制备过程简单可控,得到的金纳米颗粒尺寸分布较窄,单分散性良好,为金纳米颗粒在其他领域的研究及应用提供了良好的前提条件。     

脉冲激光改性金属纳米薄膜的等离子体特性

在室温环境下,实验采用Nd\:YAG光纤脉冲激光器辐照银(Ag)、铜(Cu)、铝(Al)三种光滑连续的金属薄膜,制备出了对应的三种金属纳米颗粒薄膜。通过调节激光扫描速率可以实现三种金属纳米颗粒薄膜的局域表面等离子体共振(LSPR)波长和强度的调谐。其中,Ag纳米颗粒薄膜在可见光波段的等离子体吸收峰的波长和强度均表现出较宽的调谐范围,Cu纳米颗粒薄膜在可见光波段的等离子体吸收峰的波长和强度均表现较小的调谐范围,Al纳米颗粒薄膜在紫外光波段的等离子体吸收峰窄而尖锐,且LSPR波长调谐范围也较小。与激光辐照前的三种金属薄膜相比,激光辐照后生成的三种金属纳米颗粒薄膜出现了更强的表面增强拉曼散射信号。有限差分时域仿真模拟出的样品的电场强度分布与实验得到的表面增强拉曼散射结果一致。     

飞秒激光沉积ZnO/Si大面积均匀薄膜及其特性

利用飞秒脉冲激光沉积(PLD)法在Si(100)基片上制备大面积均匀的ZnO薄膜,通过激光束、靶材及衬底的运动使得所制备的薄膜均匀性面积大小不受限制。X射线衍射(XRD)结果显示,所制备的薄膜具有典型的六方纤锌矿结构,并沿(002)方向高度择优取向生长。场扫描电子显微镜(FESEM)显示,薄膜是沿垂直于衬底方向生长的六方柱状纳米晶,且膜厚均匀。紫外-可见光谱透射率显示,所制备的薄膜在380nm附近有一陡峭的吸收边,在可见光波段具有90%以上的透过率。光致发光(PL)光谱显示,薄膜在377nm处有一强而窄的紫外发射峰。实验结果表明,所制备的薄膜具有良好的结构及光学性能。     

表面增强喇曼光谱的Au@SiO2核壳纳米粒子制备北大核心

研究了核壳纳米颗粒的表面增强喇曼光谱（SERS）,并制备了不同SiO2厚度的Au@SiO2核壳纳米粒子进行喇曼光谱分析测试。首先,采用化学还原法制备出酒红色的金溶胶溶液。接着,添加不同量的正硅酸四乙酯（TEOS）制备了以Au为核、不同厚度SiO2为壳包裹的Au@SiO2核壳纳米粒子。然后,采用紫外-可见光（UV-Vis）和扫描电子显微镜（SEM）对Au@SiO2核壳纳米粒子的结构进行表征。最后,不同SiO2厚度的Au@SiO2核壳纳米粒子和未进行表面修饰的金溶胶溶液中滴入等量质量浓度为0.1 mg/L的罗丹明B,离心干燥后用喇曼光谱仪测试表面增强喇曼光谱效应。结果表明：罗丹明B的检出限可达到2.1×10^-7 mol/L,在扫描范围为300-1 800 cm^-1,激发波长为532 nm的条件下,SERS活性随TEOS用量的增加先增大后减小。TEOS的用量为120μL时,罗丹明B的表面喇曼增强效应最佳。     

Ag、Au纳米颗粒的激光表面修饰

通过用Nd：YAG激光（λ=1064nm）对氧化还原法制备的Ag、Au纳米颗粒的修饰,使Ag、Au纳米颗粒的尺寸均匀性得到更好的改善。用透射电子显微镜（TEM）和紫外-可见表面等离于体吸收（SPA）光谱对激光修饰后的Ag、Au纳米颗粒进行了测量和表征,结果表明,这些被修饰过的Ag、Au纳米颗粒由于自身体系发生了改变,可以作为更高效表面增强拉曼光谱（SERS）的增强基底。     

ZnO纳米棒薄膜光学性能的系统研究

采用简化的种子层制备工艺在ITO基底上制备了ZnO种子层,并使用化学溶液沉积法制备了高度取向的ZnO纳米棒阵列。采用XRD和SEM对ZnO纳米棒的结构和形貌进行表征,并对样品的光学性能进行了测试。测试结果表明,所制备的ZnO纳米棒为c轴择优取向的六角纤锌矿结构,直径为66~122nm可控,且排列紧密,形貌规整。光学性能测试结果表明,吸收光谱在375nm附近表现出强烈的紫外吸收边是由于禁带边吸收引起的;反射光谱具有一定的周期振荡性,可用于薄膜厚度的估算;光致发光谱在378nm附近有很强的紫外发射峰;增大生长液浓度和高温退火可降低缺陷发光,改善结晶质量。     

石墨烯/铜镍铁氧体复合材料的制备及性能研究

为制备出宽波段磁波衰减材料,采用水热法制备得到了石墨烯/铜镍铁氧体复合材料（CNFRGO）,并对其进行SEM、XRD、红外光谱和拉曼光谱表征分析;然后测量其2~18 GHz的电磁参数,并计算其损耗角正切值和反射损耗,进而分析其微波衰减性能;最后,测量其中远红外波段的复折射率,利用测量数据和T矩阵法计算分析其红外波段消光和吸收性能。结果表明,尖晶石型铜镍铁氧体纳米颗粒吸附在还原石墨烯上,粒径大部分约为20 nm;CNFRGO同时具有介电损耗和磁损耗两种机制,其反射损耗低于-10 dB的频宽为3.7 GHz,在11.8 GHz处有峰值-14.7 dB;CNFRGO在近红外波段消光较强主要由散射引起,中远红外波段则主要由吸收决定,而其吸收能力在近红外和中红外波段较强,但在远红外大气窗口内相对较弱。因此,CNFRGO可同时吸收微波和红外辐射,是一种良好的微波与红外兼容材料。     

SiO_2@Au核壳结构纳米颗粒光热性质的有限元分析

核壳结构纳米金颗粒的光学吸收特性好,在可见光至近红外波长范围内可灵活可调,在生物医学领域具有良好的应用前景。本文建立了电磁场与固体传热耦合的多物理场有限元分析模型,针对血管性皮肤病的激光治疗,研究了固定波长(585 nm和755 nm)下,SiO_2@Au纳米金壳单颗粒以及二聚体的结构参数(颗粒半径、金壳厚度、颗粒间距)变化对颗粒光学性质以及传热特性的影响,得到了局部电场强度、系统温度场随结构参数的变化规律,可为SiO_2@Au核壳型纳米颗粒在血管性皮肤病激光手术中的实际应用提供理论指导。     

纳米金修饰碳纳米管阵列结构的表面增强拉曼散射

研究了纳米金粒子修饰碳纳米管阵列结构的表面增强拉曼散射性能.通过FDTD理论模拟仿真了不同粒径纳米金颗粒的场强分布;并采用化学还原的方法制备出直径分别为20、40和60 nm三种不同粒径的金颗粒,然后将纳米金粒子修饰到有序定向的碳纳米管阵列表面,并将该结构作为表面增强拉曼基底.FDTD软件仿真结果表明,60 nm粒径的纳米金颗粒周围场强分布最强,是入射场场强的15倍.同时将罗丹明6G溶液用于测试几组不同尺寸的金颗粒对拉曼散射光强的影响,发现60 nm金颗粒对R6G拉曼信号增强最大.FDTD理论模拟仿真和罗丹明6G溶液实验测试结果表明:金颗粒尺寸在20～60 nm内,颗粒尺寸越大,拉曼散射光的光强越大.