金属纳米新月结构超赝手性研究

发布时间：2020-11-01 12:01

　　 手性是自然界中的一种基本属性,其在生物、化学、医药、物理等方面有着广泛的应用前景。光学活性是手性结构一种重要的表现形式。最早发现的是手性分子结构,其光学活性较弱并且响应多位于紫外波段范围。随着纳米结构的发展,逐渐出现手性分子和非手性纳米等离子的组装结构,以及手性金属结构,手性超材料等等。为了克服这些手性结构在制备工艺上的限制,赝手性结构逐渐进入了人们视野。赝手性结构是一类本身不具有手性,但在一定条件下表现出手性效应的特殊结构。它多是二维材料,因此制作工艺相对简单,使得赝手性结构在手性催化、手性识别,偏振敏感光学探测器、圆二向色性光谱,分子开关等方面都有广泛的潜在应用。从另一方面讲,金属赝手性结构具有等离子共振效应,其对结构尺寸和周围环境的折射率相对敏感,使得金属纳米赝手性结构被轻松调控。这为手性结构的应用开辟新的机遇。近年来发展出的赝手性结构制备技术多是基于电子束刻蚀技术或聚焦离子束刻蚀技术。在实际生产中,如果大面积制备这些结构,花费是非常昂贵的。而赝手性结构在手性应用中具有极大的发展前景,基于此本文的主要研究内容和创新之处如下:1、利用数值模拟研究了金属新月结构的赝手性。通过有限元方法分析结构的光学特性,我们发现这种金属新月结构具有很大的赝手性和可调控的圆二向色性。基于此分析了不同尺寸的金属新月结构的光学特性。并发现金属纳米新月结构的共振频率非常容易调控。2、实验上制备出了大面积的金纳米新月结构并对其进行测试。实验中搭建了一套入射光波长范围在600-2000 nm的实验测试系统去测试样品的圆二向色性。通过低成本的纳米球刻蚀技术,我们制备了大面积的金属新月结构。并探究了制备实验过程中各参数的不同影响,如聚苯乙烯小球溶液浓度,旋涂转速,刻蚀时间,刻蚀功率,镀膜倾斜角度,聚苯乙烯小球尺寸等。通过扫描电子显微镜观察,我们发现样品的尺寸、大小和取向都是均匀的。经过测试,我们发现金属纳米新月结构具有很强的赝手性效应。并且,实验结构和模拟结果基本一致。3、阐清了金属纳米新月结构超赝手性的物理机制。通过实验和模拟,我们对新月结构的赝手性给出了一个定性的理论解释。我么认为,在不同的角度下左旋圆偏振光和右旋圆偏振光,激发的局域表面等离子共振模式的激发效率不同。这是引起这种强赝手性的本质原因。本文共分为五章。第一章是绪论,我们从手性的起源与应用入手,介绍一般的手性结构在制作工艺上的困难,并在此基础上论述了赝手性金属结构的相对优势,提出我们的技术解决方案,讨论了金属纳米新月结构的超赝手性。第二章介绍了利用有限元法研究金属新月结构的光学特性,并研究了不同尺寸的金属纳米新月的圆二向色性,发现通过调节结构的尺寸,可以对纳米结构的共振频率进行调控。第三章介绍了金属纳米新月结构的制作流程。通过不同参数的调控制备出大面积金属纳米新月结构。第四章介绍了对测试系统的搭建,并测量了金属纳米新月结构的光谱。实验结果表明金属纳米新月结构具有很强的赝手性,并和模拟结果进行对比。之后对金属新月结构超赝手性的物理机制进行分析。第五章是总结与展望,对本论文进行总结并对下一步工作计划进行安排。
【学位单位】：南开大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TB383.1;TG113.1
【部分图文】：

手性作为自然界中的一种基本属性受到人们关注。对手性的解释是，一着系统与它的镜像不能重合，那么这个物体或者系统就具有手性[1]。后这两种相反的镜像分别称为左旋体和右旋体。手性普遍存在于各个尺系一直到亚原子粒子都可观察到手性。在生物体中，手性是构成人体的和分子构型的一种必不可少的重要特征。在动物中，甲虫骨骼的染色或蝶的翅膀是由于手性光子晶体的存在而形成的[2-3]。在植物中，由于手光子晶体的作用，杜若的果实具有彩虹色[4]。对于制药工业来说，手性。氧氟沙星是一种药，它分为左旋体和右旋体。左旋体有抗菌活性，能。它的右旋体不表现出抗菌活性，并且还具有很强的副作用。比如沙利镜像体可有效作为孕妇晨吐的缓解药物，而另一种则导致出生儿严重胺，一种镜像体可用于治疗关节炎，另一种是具有神经毒性的[6]。如果把这些镜像体区分出来，一方面能够增强药物的治疗性，另一方面又能对人体的损害[7]。所以无论从哪一方面，对于普遍存在各个尺度的手性，将其恰当应用则至关重要。

第一章 绪论( )和右旋圆偏振光( )具有相同的振幅和角速度。，左旋圆偏振光( )和右旋圆偏振光( )的角速度不振光的角速度比右旋圆偏振光的慢。角速度的差异被开介质，入射波的相位关于垂直方向旋转一定角度 光度，单位为度或者弧度[15-16]。

用弧度来表示。 表示电磁波的波长， 表示光在介质中传播的长度介质中的折射率与波长有关，之间的关系代表色散。因此折射率的差值，也就是( )总是与波长有关。在光学旋转中，波长的相关改变是由旋转效应的色散来确定的[17]。1.1.2 圆二向色性当光与手性物质相互作用时，手性结构的光学响应对于左旋圆偏振光和右旋圆偏振光是不同的。具体表现是不同入射光对于结构的消光系数是不同的[18-20]。我们把这种现象称之为圆二向色性。值得一提的是，左旋圆偏振光和右旋圆偏振光在手性结构中的传播速度是一致的。或者说相同的时间内，左旋圆偏振光和右旋圆偏振光走过的圆形路径相同，并且旋转角度 。由于手性结构对左旋圆偏振光和右旋圆偏振光的散射和吸收是不一样的，这就造成光的波矢的相对振幅发生改变。也就是说光的电场矢量在垂直于传播方向上形成了一个椭圆。这个椭圆率ˋ常用来表示手性介质的圆二向色性。
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本文编号：2865502