低填充率及三维非连续结构银等离子激元晶体的光学性能和应用

发布时间：2017-11-21 18:15

  本文关键词：低填充率及三维非连续结构银等离子激元晶体的光学性能和应用

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【摘要】：近年来,光子晶体等纳米光子结构在生物传感、材料检测等多个领域展现出了巨大的潜力,为光学传感领域带来了新的活力,吸引了众多学者的关注。在当前研究中,纳米光子结构的结合体-等离子激元晶体仍然多被局限在一维或者二维结构中。银具有光频负介电常数和低损耗的特性,同时银反蛋白石的三维结构可能具有光子带隙、局域和表面等离子激元的性质,但通常受限于高的结构填充率,光无法进入结构内部。因此在本文中,通过电化学抛光控制银的占比,得到低填充率银反蛋白石的三维结构,提高三维结构的透光性,得到同时利用水凝胶辅助解离技术,成功制备得到三维非连续的银等离子激元晶体结构,增强了局域等离子激元的共振响应。主要内容包括：1.通过电化学沉积的方法得到了不同尺寸大小的银、镍反蛋白石,采用电化学抛光的方法对银、镍反蛋白石结构进行腐蚀,得到低占比的银、镍反蛋白石,随着抛光周期的增加,金属占比的减小,增大了三维结构的透光性,出现光子带隙。相同粒径,随着抛光周期的增大,光子带隙位置红移；相同抛光度,随着粒径的增大,光子带隙位置红移。使用FDTD模型计算得出低占比金属反蛋白石的良好穿透性以及光子带隙、等离子激元峰的位置。并通过实验和模拟的反射光谱验证低占比金属反蛋白石结构的光学特性。2.将得到的低填充率银反蛋白石填充聚丙烯酰胺(PAM),得到Ag-PAM等离子激元晶体,通过扫描电子显微镜(SEM)对结构进行表征,证明了PAM将三维结构完全包裹；Ag-PAM等离子激元晶体在局域和表面等离子激元峰处在不同浓度酒精溶液环境中随着折射率的减小而蓝移,它们的的品质因数分别为9.8、8.09,使用FDTD模型确定等离子激元峰的位置,并通过实验和模拟的反射光谱验证了Ag-PAM等离子激元晶体的光学特性。3.在银反蛋白石中填充聚甲基丙烯酸羟乙酯(pHEMA),当水凝胶完全聚合之后,利用电化学抛光的方法对其处理。在抛光过程中,在水凝胶中离子可以自由交换。并且在金属结构断裂后,水凝胶也可以起到很好的支撑作用,从而可以制备出银等离子激元晶体的三维非连续结构。通过扫描电子显微镜对三维非连续结构进行表征,并利用FDTD模型研究Ag-pHEMA三维非连续结构的光学特性。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O734;TB383.1

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本文编号：1211836