L型金纳米棒双体结构的表面等离子体共振特性研究

应用离散偶极子近似的方法计算了L型金纳米棒双体结构的表面等离子体共振引起的消光光谱及其近场电场分布。研究表明在入射光的偏振方向为45°时双体结构的消光谱峰位发生蓝移;当入射光的偏振方向为135°时,双体结构的消光谱峰位发生红移。两根纳米棒间距较小时,由于相邻金纳米棒之间的电场强耦合作用,表面等离子体杂化出现新的共振能级,两根金纳米棒的连接处出现强的电场分布,这些结果对于金纳米棒结构在表面增强拉曼散射方面有一定的参考意义。     

金纳米交叉结构的光学性质及传感特性研究

利用时域有限差分法分别模拟计算了X型金纳米结构和L型纳米天线以及由这两种结构所组成的金纳米交叉结构的消光光谱和近场分布,并研究了金纳米交叉结构对周围介质折射率变化的敏感性.研究结果表明,X型金纳米结构在入射光正入射时能激发起偶极共振模式而在斜入射时可以同时激发起偶极和四极共振模式.L型纳米天线的成键和反成键共振模式的产生可以通过改变入射光偏振方向进行控制.此外入射光偏振方向变化时在金纳米交叉结构中都可产生法诺共振效应,由于激发起法诺共振效应,金纳米交叉结构的光谱线型更加精细,传感质量因子可达到12.5,这些结果可指导金纳米交叉结构作为纳米光子器件用于生物传感方面.     

SiGe纳米环的制备与电磁特性研究进展

SiGe纳米环、纳米螺绕环具有优异的电学、力学等性质,已成为非常重要的三维半导体纳米材料,在传感器、纳米电子学及纳机电系统中具有广阔的应用前景。简单介绍了制备SiGe纳米环、纳米螺绕环的方法,包括化学气相沉积法、分子束外延法和脉冲激光法,并介绍了SiGe纳米环形成的主要原因和相关的应用。SiGe纳米环是在Si和Ge间的横向应力作用下形成的,这种纳米环的电导对纳米环的曲率和外加磁场非常敏感。在外加磁场恒定的情况下,电导随曲率的增大而逐渐减小;当达到某一临界点后,又随曲率的增大而逐渐增大。可以应用外加电压控制SiGe纳米环的弯曲程度,成为纳米尖、黏性探头、挂钩和原子力显微镜悬臂梁等应用于纳米传感器、纳米探头及纳米机电系统中。     

纳米光学天线性能研究进展

在可见/红外频段,纳米光学天线一般是指金属(金、银、铜等)纳米颗粒及其相同结构的不同组合构成,这些金属纳米结构在特定波长光激发下产生局域表面等离子体共振(LSPR),因此在纳米尺寸上能对可见/红外场约束、场增强或重定向等功能。对纳米光学天线的调控分为通过改变天线设计的被动控制和通过改变介质的介电常数主动控制模式。纳米光学天线是近年来纳米光学方向新兴的前沿课题,有望广泛应用于纳米光学、化学、生物医学等领域。主要介绍纳米光学天线的主要功能、调控模式及其在生物医学中的应用。     

基于纳米压印技术的GaAs纳米柱阵列ICP刻蚀工艺及其光学特性研究

近年来,半导体纳米阵列结构材料因能激发光学共振及其优良的光电性能在光电子器件领域被广泛的应用。本文采用纳米压印技术制备具有一定直径和周期的SiO₂纳米柱作为掩膜层,采用ICP刻蚀制备了GaAs纳米柱阵列,重点研究了不同刻蚀条件处理工艺对纳米柱阵列形貌的影响,与表面无纳米结构的薄膜材料相比,其反射率得到明显的降低且最低约为3%,因此纳米阵列结构能有效的增强光吸收,具有极其优良的光电性能。     

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。     

纳米加工平台X-Y方向运动的数模控制策略

介绍了纳米加工平台的工作原理，并对电磁力进行计算分析。根据力学方程建立了纳米加工平台的X-Y方向模拟内环模型和数字外环模型，并对数模两环反馈控制进行了研究，提出了无加速度感应器的内环控制和模糊控制外环方法。仿真结果表明，该模型具有较高的动态性能和稳定性。     

银光栅/银纳米颗粒复合结构的光场增强研究

通过时域有限差分法模拟了银光栅/银纳米颗粒复合结构的消光光谱和分布于光栅槽底的银纳米颗粒周围的电场分布。光栅的周期显著影响光栅和纳米颗粒之间的耦合作用,复合结构的共振峰随周期的增加而红移;在不同激发波长下,纳米颗粒周围的电场随周期的变化呈现出不同的规律。为了考察这种复合结构在表面增强拉曼散射光谱(SERS)研究中作为基底时的增强效果,比较了复合结构在785,633,532nm激光激发下的光场增强随周期的变化规律,得到综合增强性能最优的光栅周期为520nm。为了进一步提高复合结构的光场增强效果,对光栅栅脊宽度进行了优化。在优化好光栅周期和栅脊宽度的基础上,从SERS基底化学稳定性的需求出发,仿真了在光栅表面添加4nm金膜层后的银-金光栅/银纳米颗粒复合结构的电场增强效果。     

增益金纳米球壳光学特性研究

通过有限元方法研究了增益系数以及核壳比对纳米核壳结构表面等离激元共振特性的影响，并且对球心为增益介质、球壳为金的纳米核壳结构进行了数值模拟。计算结果表明：随着增益系数增大到临界值，散射截面增大近2x105倍，吸收截面变为负值，消光截面近似为0，电场强度增强近185倍，谐振带宽从60nm缩小到1nm。同时，随着核壳比的增大，吸收及消光共振峰均发生红移现象。我们的相关结果可为增益介质在金属纳米结构中的应用提供了理论参考和技术支持。     

不对称金纳米结构的光致热增强效应的调控研究

提出了一种产生光致热增强效应的不对称的人工金 纳米结构,建立了物理模型并进行了计算。采用离散偶极近似(DDA)方法计算水介质环境中 该结构及其不对称性改变后对吸收光谱及近区电磁场分布的影响,进而 利用傅里叶热传导定律数值模拟了该结构产生的热增强效应。结果表明:改变纳米结构的不 对称程度会明显影响结 构的光谱吸收位置、线型和峰值强度;同时,通过调节纳米结构的不对称性也可以有效地将 磁场能转化为热能,并 在结构周围形成高度限定的局域热增强现象。本文提出的纳米结构可在较大的近红外波段范 围内调控温度,可作为纳米尺度 下精确控制光致热效应的温度和设计热等离子纳米器件之参考。     

多元等离子体共振纳米结构的飞秒激光加工与拉曼检测应用

以多元金属纳米薄膜(金、银)为基底,利用飞秒激光加工技术制备得到多元等离子体纳米结构,并研究了其局域表面等离子体共振效应(Local Surface Plasmon Resonance,LSPR)和表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)性能。利用时域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)软件模拟了不同情况下(单层金膜、金银双层金属薄膜的平面以及阵列结构)的电场分布情况。根据仿真结果,相较于平面金属膜来说,飞秒激光制备的微纳结构阵列附近区域产生电磁场增强,集中在结构边缘处,且其强度变化与预期结果基本保持一致。此外,使用浓度为10-4 M和10-6 M的罗丹明(R6G)溶液进行SERS性能测试。测试的结果表明,单层平面金膜基本没有SERS峰值信号出现,而单层金膜上制备的等离子体纳米结构附近出现峰值信号,双层金属薄膜上制备的等离子体纳米结构展现出更高的SERS峰值信号。多元金属等离子体纳米结构展示出更强的局域表面等离子体共振效应,从而在表面增强拉曼散射、光催化、生物传感等领域具有广泛的应用。     

不同尺寸金纳米颗粒的制备及其SERS性能

为了研究不同尺寸的金纳米颗粒作为表面增强喇曼散射(SERS)活性基底对表面增强喇曼光谱的影响,采用氯金酸作为金源,柠檬酸三钠作为还原剂及保护剂,通过控制柠檬酸三钠的加入量合成了不同尺寸的金纳米颗粒。通过扫描电子显微镜(SEM)和紫外可见分光光度计(UV-vis)等技术对金纳米颗粒进行了性质表征。利用喇曼光谱仪,以罗丹明B作为被检测探针,研究了三种不同尺寸的金纳米颗粒(20、50和100 nm)喇曼增强效果。通过喇曼光谱图发现20和50 nm的金纳米颗粒具有较好的SERS效果。随后以20 nm的金纳米颗粒为SERS活性基底,对表面增强喇曼光谱检测罗丹明B的检测限进行了研究,可以使罗丹明检测限灵敏度达到10-9 mol/L。     

原位形成的金纳米颗粒对溶菌酶结构的影响

在溶菌酶水溶液中,用NaBH4原位还原HAuCl4得到了溶菌酶稳定的金纳米颗粒。这些溶菌酶稳定的金纳米颗粒具有亲水性、生物兼容性以及良好的溶胶稳定性。紫外-可见光谱、透射电子显微镜以及动态光散射实验对所得产物的表征结果说明实验中形成了分散性良好的直径约2 nm的金纳米颗粒。傅里叶变换红外光谱和圆二色谱实验表明,与金纳米颗粒作用之后的溶菌酶分子仍然保持了结构的完整性,金纳米颗粒的形成没有对蛋白质的一级和二级结构造成影响。基于其良好的溶胶稳定性及生物兼容性,这些溶菌酶稳定的金纳米颗粒在纳米科技和生物医学领域具有潜在的应用价值。     

腔体与纳米金共同作用增强光谱技术

激光诱导击穿光谱技术是一种近年来随着激光技术和光谱检测技术的发展而兴起的物质成分检测技术。该技术具有快速、无损、操作简单、无需样品处理等诸多优点，而传统LIBS检测方法存在谱线强度弱、信噪比低等缺点，直接影响定量分析精度。为了增强激光诱导击穿光谱发射强度，提高信噪比，设计了高度为1 mm，直径分别为2 、3、4 、5 、6 mm；直径为5 mm，高度为1 、2 、3、4、5、6 mm的不同腔体，应用粒径分别为10、20、30 nm的纳米金颗粒与腔体结合对样品等离子体进行作用。实验表明，最优腔体直径为5 mm，高度为4 mm；最优纳米金粒径为20 nm。相比传统LIBS，在最优腔体、最优纳米金和最优腔体与最优纳米金联合作用下，增强因子分别为20.6、7.3、31.3，柱形腔体可以提高等离子体电子温度，纳米金粒子对电子温度几乎没有影响。纳米金粒子与柱形腔体均能提高光谱信号信噪比，在最优腔体和最优纳米金联合作用下，信噪比最高。     

基于微环谐振腔的耦合谐振光波导反射镜

研究了一种基于微环谐振腔的耦合共振光波导反射镜.基于耦合模理论,对这种新型波导反射镜的反射光谱进行了数值分析,详细讨论了直波导与微环谐振腔之间的耦合系数和相邻微环谐振腔之间的耦合系数对反射光谱的影响.计算结果表明这种反射镜的反射光谱存在多峰结构,在弱耦合的情况下可以实现波长选择性反射滤波,并且发现在这种波导反射镜中存在类似于原子系统中电磁诱导透明现象的耦合共振诱导透明现象.     

不同尺寸CdTe纳米晶体的共振能量迁移过程的荧光光谱

用两种不同尺寸的CdTe纳米晶体与明胶溶液生长出均匀稳定的CdTe纳米晶体-明胶复合薄膜.研究了这种复合体系中两种尺寸的CdTe纳米晶体之间的共振能量迁移过程.荧光光谱显示:当复合薄膜中两种尺寸的纳米晶体之间的距离逐渐靠近时,较小尺寸的CdTe纳米晶体荧光峰强度逐步减弱,而较大尺寸的纳米晶体的荧光峰强度逐渐加强.荧光光谱的变化来源于大小尺寸纳米晶体之间的荧光共振能量迁移.小尺寸的纳米晶体作为施主,它的荧光光谱与大尺寸的纳米晶体(作为受主)的光吸收谱完全重叠,因而当施主和受主距离逐渐靠近时(明胶浓度逐渐降低时),施主将会把吸收光子得到的能量直接地共振传输给受主.从光谱分析可以得到荧光淬灭效率随颗粒间距的变化关系图,这种关系图可以被用来快速简捷地估计发光纳米晶体之间的距离,从而为它们在化学和生物领域的应用提供了广阔的前景.     

不同尺寸CdTe纳米晶体的共振能量迁移过程的荧光光谱

用两种不同尺寸的CdTe纳米晶体与明胶溶液生长出均匀稳定的CdTe纳米晶体-明胶复合薄膜.研究了这种复合体系中两种尺寸的CdTe纳米晶体之间的共振能量迁移过程.荧光光谱显示:当复合薄膜中两种尺寸的纳米晶体之间的距离逐渐靠近时,较小尺寸的CdTe纳米晶体荧光峰强度逐步减弱,而较大尺寸的纳米晶体的荧光峰强度逐渐加强.荧光光谱的变化来源于大小尺寸纳米晶体之间的荧光共振能量迁移.小尺寸的纳米晶体作为施主,它的荧光光谱与大尺寸的纳米晶体(作为受主)的光吸收谱完全重叠,因而当施主和受主距离逐渐靠近时(明胶浓度逐渐降低时),施主将会把吸收光子得到的能量直接地共振传输给受主.从光谱分析可以得到荧光淬灭效率随颗粒间距的变化关系图,这种关系图可以被用来快速简捷地估计发光纳米晶体之间的距离,从而为它们在化学和生物领域的应用提供了广阔的前景.     

不同尺寸CdTe纳米晶体的共振能量迁移过程的荧光光谱

用两种不同尺寸的CdTe纳米晶体与明胶溶液生长出均匀稳定的CdTe纳米晶体-明胶复合薄膜. 研究了这种复合体系中两种尺寸的CdTe纳米晶体之间的共振能量迁移过程. 荧光光谱显示：当复合薄膜中两种尺寸的纳米晶体之间的距离逐渐靠近时，较小尺寸的CdTe纳米晶体荧光峰强度逐步减弱，而较大尺寸的纳米晶体的荧光峰强度逐渐加强. 荧光光谱的变化来源于大小尺寸纳米晶体之间的荧光共振能量迁移. 小尺寸的纳米晶体作为施主，它的荧光光谱与大尺寸的纳米晶体(作为受主)的光吸收谱完全重叠，因而当施主和受主距离逐渐靠近时（明胶浓度逐渐降低时），施主将会把吸收光子得到的能量直接地共振传输给受主. 从光谱分析可以得到荧光淬灭效率随颗粒间距的变化关系图，这种关系图可以被用来快速简捷地估计发光纳米晶体之间的距离，从而为它们在化学和生物领域的应用提供了广阔的前景.     

纳米金颗粒提高LIBS定量分析精度研究

在纳米金颗粒作用下对激光诱导击穿光谱技术(laser induced breakdown spectroscopy,LIBS)定量分析精度与检出限进行了一定的研究。LIBS在纳米金颗粒作用下,以Ni II 221.648 nm、Fe II 258.588 nm分别为分析谱线和内标元素谱线,利用标准样品不锈钢303,304,316,321,347进行定标拟合,用不锈钢310样品谱线进行精度及检出限分析。结果显示,纳米金颗粒可有效增强光谱强度,使定标曲线拟合系数得到明显提高,而且不锈钢310样品检测浓度更为准确,Ni元素的探测下限降低了1.98倍。     

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。