几种典型纳米结构的表面增强拉曼与荧光过程的理论研究
发布时间：2021-01-21 12:02
在入射激光与基底表面等离激元耦合形成的局域增强电磁场作用下,分子的拉曼和荧光活性均会获得极大的改善,从而导致了具有超高灵敏度和空间分辨率的表面增强拉曼散射（Surface-Enhanced Raman Scattering,SERS）和表面增强荧光（Surface-Enhanced Fluorescence,SEF）技术。近些年来,这两种技术已经逐渐成为表面科学、应用光学、材料学、环境科学和生物医学等领域的重要分析工具。目前,常规的纯金属纳米粒子以及新兴的核壳和针尖-衬底构型的各类结构在实验中均取得了较高的检测极限和空间分辨率。然而,目前这一重要领域依然存在着许多亟待解决的问题,例如:SERS和SEF光谱的形成机理、最佳基底材料和构型的选择以及诸多实验现象不能正确解释等问题。针对上述存在的问题,本文主要通过高精度的理论计算,对几种典型纳米结构作用下的分子体系SERS、SEF效应及针尖增强拉曼与荧光（Tip-Enhanced Raman Scattering/Fluorescence,TERS/TEF）行为等进行系统的研究,并合理准确的解释实验中亟待解决的现象,从而在一定程度上促进该研究...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：112 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究目的和意义
1.2 拉曼散射和荧光的基本原理
1.2.1 拉曼散射
1.2.2 荧光过程
1.3 表面增强拉曼散射现象
1.3.1 表面增强拉曼散射的增强机理
1.3.2 纯金属纳米粒子基底
1.3.3 核壳纳米粒子基底
1.3.4 针尖-衬底纳米基底
1.4 表面增强荧光现象
1.4.1 表面增强荧光的增强机理
1.4.2 表面增强荧光的发展现状
1.5 本文的主要研究内容
第2章 理论背景
2.1 引言
2.2 表面增强理论中的电磁场增强效应
2.3 电磁场增强因子的计算方法
2.3.1 广义Mie理论方法
2.3.2 有限元方法
2.4 自由分子体系电子跃迁的理论处理
2.4.1 波恩-奥本海默近似
2.4.2 跃迁电偶极矩
2.4.3 分子振动的理论描述
2.4.4 弗兰克-康登因子的计算
2.5 分子的密度矩阵方法
2.6 本章小结
第3章 球型纳米粒子二聚体的表面增强拉曼和荧光研究
3.1 引言
3.2 理论模型和计算方法
3.3 非局域介电效应对散射光谱的影响
3.4 金属纳米粒子二聚体增强下的分子散射光谱分析
3.4.1 银纳米粒子二聚体作用下的散射光谱
3.4.2 金纳米粒子二聚体作用下的散射光谱
3.4.3 银和金纳米粒子的表面增强荧光分析
3.4.4 混合金银纳米粒子二聚体作用下的散射光谱
3.4.5 三种基底作用下的散射光谱对比分析
3.5 本章小结
第4章 核壳型纳米粒子二聚体的表面增强拉曼和荧光研究
4.1 引言
4.2 理论模型和计算方法
4.3 广义Mie理论和有限元模拟方法的比较
2二聚体的表面增强机理分析"> 4.4 Ag@SiO2二聚体的表面增强机理分析
2的表面增强拉曼和荧光效应"> 4.4.1 不同核半径Ag@SiO2的表面增强拉曼和荧光效应
2的表面增强拉曼和荧光效应"> 4.4.2 不同壳层厚度Ag@SiO2的表面增强拉曼和荧光效应
2二聚体的表面增强机理分析"> 4.5 Au@SiO2二聚体的表面增强机理分析
2的表面增强拉曼和荧光效应"> 4.5.1 不同核半径Au@SiO2的表面增强拉曼和荧光效应
2的表面增强拉曼和荧光效应"> 4.5.2 不同壳层厚度Au@SiO2的表面增强拉曼和荧光效应
4.6 本章小结
第5章 针尖增强拉曼和针尖增强荧光的电磁场增强效应研究
5.1 引言
5.2 理论模型和计算方法
5.3 针尖-衬底的近场耦合效应
5.4 入射角对针尖增强局域电磁场的影响
5.5 针尖-衬底构型对电磁场增强和空间分辨率的影响
5.6 针尖-衬底构型对荧光量子产率的影响
5.7 针尖-衬底构型对拉曼和荧光增强的影响
5.8 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Tip-enhanced photoluminescence spectroscopy of monolayer MoS2[J]. LINGYAN MENG,MENGTAO SUN. Photonics Research. 2017(06)
[2]Recent progress in the fabrication of SERS substrates based on the arrays of polystyrene nanospheres[J]. XiaoLei Zhang,ZhiGao Dai,XinGang Zhang,ShiLian Dong,Wei Wu,ShiKuan Yang,XiangHeng Xiao,ChangZhong Jiang. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2016(12)
[3]Influence of tip geometry on the spatial resolution of tip enhanced Raman mapping[J]. 张超,陈宝琴,李志远. Chinese Physics B. 2016(09)
[4]基于核壳型结构纳米粒子的SERS活性基底研究进展[J]. 温海滨,胡玉玲,李攻科. 分析测试学报. 2016(08)
[5]Visualizing coherent intermolecular dipole-dipole coupling in real space[J]. Science Foundation in China. 2016(03)
[6]不同壳层厚度Au@SiO2的表面增强拉曼效应[J]. 徐玲,姚爱华,周田,王德平. 稀有金属材料与工程. 2016(04)
[7]不同粒径、超均匀球形金纳米粒子合成及其表面增强拉曼散射效应研究[J]. 蒋思文,李霞,张月皎,朱根松,李剑锋. 光谱学与光谱分析. 2016(01)
[8]拉曼光谱技术在农产品质量安全检测中的应用[J]. 刘燕德,靳昙昙. 光谱学与光谱分析. 2015(09)
[9]Au@SiO2单层膜间耦合效应的表面增强拉曼光谱研究[J]. 胡迪君,张雪姣,徐敏敏,姚建林,顾仁敖. 光谱学与光谱分析. 2015(05)
[10]金颗粒为活性基底的裸鼠血清表面增强拉曼散射光谱分析[J]. 刘书朋,朱鸿飞,陈娜,陈振宜,胡玲. 中国激光. 2012(05)
博士论文
[1]基于表面增强拉曼光谱法的新型化学传感器研究[D]. 马品一.吉林大学 2017
[2]基于拉曼效应的光与原子相互作用的研究及应用[D]. 邱诚.华东师范大学 2016
[3]表面等离子体近场成像的有限元法模拟与分析[D]. 黄雨.清华大学 2016
[4]基于表面等离激元光镊系统的动态Gap结构SERS技术研究[D]. 沈军峰.南开大学 2014
[5]金、银纳米粒子的合成以及表面光谱特征和应用[D]. 李艳.苏州大学 2013
[6]亚纳米分辨的等离激元增强单分子拉曼光谱成像研究[D]. 张瑞.中国科学技术大学 2013
[7]金属纳米粒子的光学性质及过渡金属表面增强拉曼散射的电磁场机理研究[D]. 杨志林.厦门大学 2006
硕士论文
[1]金银纳米材料的制备及其在SERS中的应用[D]. 张晓彤.中国计量学院 2015
本文编号：2991122
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：112 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究目的和意义
1.2 拉曼散射和荧光的基本原理
1.2.1 拉曼散射
1.2.2 荧光过程
1.3 表面增强拉曼散射现象
1.3.1 表面增强拉曼散射的增强机理
1.3.2 纯金属纳米粒子基底
1.3.3 核壳纳米粒子基底
1.3.4 针尖-衬底纳米基底
1.4 表面增强荧光现象
1.4.1 表面增强荧光的增强机理
1.4.2 表面增强荧光的发展现状
1.5 本文的主要研究内容
第2章 理论背景
2.1 引言
2.2 表面增强理论中的电磁场增强效应
2.3 电磁场增强因子的计算方法
2.3.1 广义Mie理论方法
2.3.2 有限元方法
2.4 自由分子体系电子跃迁的理论处理
2.4.1 波恩-奥本海默近似
2.4.2 跃迁电偶极矩
2.4.3 分子振动的理论描述
2.4.4 弗兰克-康登因子的计算
2.5 分子的密度矩阵方法
2.6 本章小结
第3章 球型纳米粒子二聚体的表面增强拉曼和荧光研究
3.1 引言
3.2 理论模型和计算方法
3.3 非局域介电效应对散射光谱的影响
3.4 金属纳米粒子二聚体增强下的分子散射光谱分析
3.4.1 银纳米粒子二聚体作用下的散射光谱
3.4.2 金纳米粒子二聚体作用下的散射光谱
3.4.3 银和金纳米粒子的表面增强荧光分析
3.4.4 混合金银纳米粒子二聚体作用下的散射光谱
3.4.5 三种基底作用下的散射光谱对比分析
3.5 本章小结
第4章 核壳型纳米粒子二聚体的表面增强拉曼和荧光研究
4.1 引言
4.2 理论模型和计算方法
4.3 广义Mie理论和有限元模拟方法的比较
2二聚体的表面增强机理分析"> 4.4 Ag@SiO2二聚体的表面增强机理分析
2的表面增强拉曼和荧光效应"> 4.4.1 不同核半径Ag@SiO2的表面增强拉曼和荧光效应
2的表面增强拉曼和荧光效应"> 4.4.2 不同壳层厚度Ag@SiO2的表面增强拉曼和荧光效应
2二聚体的表面增强机理分析"> 4.5 Au@SiO2二聚体的表面增强机理分析
2的表面增强拉曼和荧光效应"> 4.5.1 不同核半径Au@SiO2的表面增强拉曼和荧光效应
2的表面增强拉曼和荧光效应"> 4.5.2 不同壳层厚度Au@SiO2的表面增强拉曼和荧光效应
4.6 本章小结
第5章 针尖增强拉曼和针尖增强荧光的电磁场增强效应研究
5.1 引言
5.2 理论模型和计算方法
5.3 针尖-衬底的近场耦合效应
5.4 入射角对针尖增强局域电磁场的影响
5.5 针尖-衬底构型对电磁场增强和空间分辨率的影响
5.6 针尖-衬底构型对荧光量子产率的影响
5.7 针尖-衬底构型对拉曼和荧光增强的影响
5.8 本章小结
结论
参考文献
攻读博士学位期间承担的科研任务与主要成果
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]Tip-enhanced photoluminescence spectroscopy of monolayer MoS2[J]. LINGYAN MENG,MENGTAO SUN. Photonics Research. 2017(06)
[2]Recent progress in the fabrication of SERS substrates based on the arrays of polystyrene nanospheres[J]. XiaoLei Zhang,ZhiGao Dai,XinGang Zhang,ShiLian Dong,Wei Wu,ShiKuan Yang,XiangHeng Xiao,ChangZhong Jiang. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2016(12)
[3]Influence of tip geometry on the spatial resolution of tip enhanced Raman mapping[J]. 张超,陈宝琴,李志远. Chinese Physics B. 2016(09)
[4]基于核壳型结构纳米粒子的SERS活性基底研究进展[J]. 温海滨,胡玉玲,李攻科. 分析测试学报. 2016(08)
[5]Visualizing coherent intermolecular dipole-dipole coupling in real space[J]. Science Foundation in China. 2016(03)
[6]不同壳层厚度Au@SiO2的表面增强拉曼效应[J]. 徐玲,姚爱华,周田,王德平. 稀有金属材料与工程. 2016(04)
[7]不同粒径、超均匀球形金纳米粒子合成及其表面增强拉曼散射效应研究[J]. 蒋思文,李霞,张月皎,朱根松,李剑锋. 光谱学与光谱分析. 2016(01)
[8]拉曼光谱技术在农产品质量安全检测中的应用[J]. 刘燕德,靳昙昙. 光谱学与光谱分析. 2015(09)
[9]Au@SiO2单层膜间耦合效应的表面增强拉曼光谱研究[J]. 胡迪君,张雪姣,徐敏敏,姚建林,顾仁敖. 光谱学与光谱分析. 2015(05)
[10]金颗粒为活性基底的裸鼠血清表面增强拉曼散射光谱分析[J]. 刘书朋,朱鸿飞,陈娜,陈振宜,胡玲. 中国激光. 2012(05)
博士论文
[1]基于表面增强拉曼光谱法的新型化学传感器研究[D]. 马品一.吉林大学 2017
[2]基于拉曼效应的光与原子相互作用的研究及应用[D]. 邱诚.华东师范大学 2016
[3]表面等离子体近场成像的有限元法模拟与分析[D]. 黄雨.清华大学 2016
[4]基于表面等离激元光镊系统的动态Gap结构SERS技术研究[D]. 沈军峰.南开大学 2014
[5]金、银纳米粒子的合成以及表面光谱特征和应用[D]. 李艳.苏州大学 2013
[6]亚纳米分辨的等离激元增强单分子拉曼光谱成像研究[D]. 张瑞.中国科学技术大学 2013
[7]金属纳米粒子的光学性质及过渡金属表面增强拉曼散射的电磁场机理研究[D]. 杨志林.厦门大学 2006
硕士论文
[1]金银纳米材料的制备及其在SERS中的应用[D]. 张晓彤.中国计量学院 2015
本文编号：2991122
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