柔性金屬納米陣列的制備及其耦合增強光譜技術的研究.pdf

1、拉曼光譜和熒光光譜技術在生物化學分子傳感方面有廣泛的應用。通常對于濃度較小的分子，拉曼信號和熒光信號均較弱，從而限制了光譜檢測的靈敏度。金屬納米結構的表面等離子體激元共振能夠將電磁波束縛在其表面，并具有局域場增強特性，可有效增強拉曼信號和熒光信號，甚至能夠實現(xiàn)單分子的探測。本論文在實驗上通過反向剝離氧化鋁（AAO）模板與銀膜，巧妙制備了大面積的柔性金屬納米顆粒陣列結構，以該陣列結構作為拉曼基底，研究了金屬耦合結構的表面增強拉曼(SERS

2、)效應;同時還研究了表面等離子體增強的定向熒光發(fā)射特性。具體研究內(nèi)容如下:
　　 1.根據(jù)電化學法制備AAO模板，基于AAO模板制備了大面積、均一性好且具有很好柔韌性、可轉移的銀納米點陣。該點陣制備方法簡單、成本低，并且可通過改變陽極氧化電壓(20V-40V)控制AAO模板的周期，獲得不同周期(55nm-96nm)的金屬納米點陣。根據(jù)重力沉積法制備了熒光聚苯乙烯膠體晶體模板，該模板可用于特殊形狀的金屬微納陣列結構的制備。

3、　　 2.合成金納米顆粒（粒徑為46nm），將其與銀納米點陣復合并研究該復合結構SERS特性。實驗結果表明，耦合結構SERS信號分別是非耦合結構SERS信號的18.9、1.9倍，這是因為銀納米點陣與金納米顆粒的局域表面等離子體激元(LSPs)相互耦合，局域電磁場增強。
　　 合成銀納米立方體(邊長為60nm)，將其與銀納米點陣復合并研究該復合結構的SERS特性。實驗結果表明，耦合結構SERS信號分別是單獨銀點陣結構及銀立方體結

4、構的85、49倍;耦合SERS信號與點陣周期相關，在55nm-96nm范圍內(nèi)，SERS信號隨點陣周期的增加而減小。利用FDTD-Solution模擬計算了耦合及非耦合結構在入射光照射下的電磁場分布，驗證了實驗結果。銀納米點陣與銀納米立方體耦合結構增強拉曼效果顯著、增強程度可調(diào)節(jié)且可重復，制備方法簡單、成本低，因此該耦合結構可作為優(yōu)質高靈敏度的SERS基底。
　　 3.利用激光掃描共焦顯微鏡研究了聚苯乙烯熒光微球(FPS)在無金屬

5、薄膜存在及有金屬薄膜存在時熒光的發(fā)光特性，實驗結果表明，單個FPS的熒光信號被同一物鏡(NA:1.45，100×)收集，存在匹配油（油的折射率為1.518）較無油的增強因子為1.2711，這是由于數(shù)值孔徑不同及熒光分子輻射具有一定的方向性造成的。當FPS置于銀膜上，存在匹配油時熒光增強因子達到2.427，表明表面等離子體耦合輻射(SPCE)可有效增加熒光的探測效率。本論文的創(chuàng)新點如下:
　　 1.通過反向剝離氧化鋁(AAO)模板