微納光散射結(jié)構(gòu)增強(qiáng)膠體量子點(diǎn)定向發(fā)光的研究.pdf

1、熒光檢測(cè)是一種廣泛的技術(shù)，可以應(yīng)用在許多領(lǐng)域，比如傳感、DNA測(cè)序、圖像、醫(yī)學(xué)診斷和器件。盡管目前熒光技術(shù)已經(jīng)很先進(jìn)，但是仍然有他本身的局限性，溶液中的熒光物質(zhì)受激發(fā)后發(fā)出的光會(huì)分散到各個(gè)方向，導(dǎo)致熒光檢測(cè)系統(tǒng)收集到的光信號(hào)很少，降低了檢測(cè)靈敏度以及檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了提高生物和醫(yī)學(xué)檢測(cè)的靈敏度，提高顯微鏡或光譜儀對(duì)光信號(hào)的捕獲成為研究的重點(diǎn)，而增強(qiáng)垂直于基底方向的定向發(fā)光是其中的一種方法。由于量子點(diǎn)具有比其他熒光物質(zhì)更獨(dú)特優(yōu)越的特性

2、，因此，本文主要研究微納結(jié)構(gòu)提高膠體量子點(diǎn)定向發(fā)光（directional fluorescence emission，DFE）。
　　采用時(shí)域有限差分法（finite difference time domain, FDTD）研究增強(qiáng)量子點(diǎn)DFE，通過(guò)計(jì)算結(jié)構(gòu)的場(chǎng)強(qiáng)分布以及結(jié)構(gòu)上方的定向發(fā)光功率，并進(jìn)行對(duì)比，分析結(jié)構(gòu)增強(qiáng)量子點(diǎn)DFE的效果。
　　首先，系統(tǒng)研究了利用球形銀納米顆粒（silver nanoparticles,

3、 AgNPs）增強(qiáng)膠體量子點(diǎn)DFE的原理。通過(guò)改變球形AgNPs的尺寸、數(shù)目、及其與量子點(diǎn)的相對(duì)位置變化，發(fā)現(xiàn)在量子點(diǎn)發(fā)射波長(zhǎng)為595~625 nm的條件下，量子點(diǎn)處于兩個(gè)不同直徑的AgNPs中間（直徑分別為90、70 nm）且AgNPs的表面間距為20 nm時(shí)，定向發(fā)光的最大值與沒(méi)有金屬顆粒相比增強(qiáng)了70多倍，得出了球形AgNPs增強(qiáng)量子點(diǎn)DFE是AgNPs的Mie散射以及局域表面等離子體共振（localizad surfance p

4、lasmon resonances，LSPR）共同作用的結(jié)果，且單層、非均一金屬納米顆粒對(duì)低濃度量子點(diǎn)DFE的增強(qiáng)起主要作用。
　　其次，針對(duì)上述球形銀納米顆粒結(jié)構(gòu)局域表面等離子體(localized surface plasmon，LSP）將膠體量子點(diǎn)發(fā)射的光局域在附近，對(duì)DFE的增強(qiáng)較弱的問(wèn)題，提出一種載玻片-銀薄膜-SiO2基底-豎直銀納米棒二聚體結(jié)構(gòu)，利用銀薄膜和銀納米棒二聚體與量子點(diǎn)發(fā)光的耦合發(fā)射、納米棒二聚體對(duì)發(fā)光的傳

5、導(dǎo)以及納米棒頂部光的干涉增強(qiáng)膠體量子點(diǎn)DFE。通過(guò)改變SiO2厚度、銀納米棒二聚體的長(zhǎng)度、納米棒二聚體的表面間距，發(fā)現(xiàn)對(duì)于直徑為70 nm的銀納米棒二聚體，SiO2隔層的厚度為20nm、銀納米棒二聚體長(zhǎng)度為400 nm且量子點(diǎn)距離納米棒表面2 nm時(shí)，對(duì)發(fā)射波長(zhǎng)為595~625 nm的量子點(diǎn)DFE的增強(qiáng)效果最強(qiáng)，與載玻片-銀薄膜-SiO2基底對(duì)量子點(diǎn)的DFE相比，提高了1022倍。
　　最后，針對(duì)上述結(jié)構(gòu)中銀納米棒二聚體對(duì)膠體量子