金属-介电纳米复合材料的设计、制备和应用研究

发布时间：2022-11-04 01:22

　　贵金属纳米阵列和介电微球的特定几何组合为常规的亚波长结构带来了新颖的光学特性。与金属或介电粒子构成的单元素阵列不同,金属-介电复合材料不仅可以增强金属纳米簇热点区域的近场强度,而且扩大了增强电场的总体积,在光信号传输、化学传感以及生物检测等领域都被广泛地应用。比如,强电磁场对于拉曼信号放大有着重要作用,因此金属-介电纳米复合材料的电场增强特性在表面增强拉曼光谱（Surface Enhanced Raman Spectroscopy,SERS）中得到了大量的研究。本文借助时域有限差分法（the Finite-Difference Time-Domain,FDTD）数值模拟,设计制备了单层金-二氧化硅微球纳米复合材料,并将自组装的金属-介电纳米复合材料作为SERS基底实现了对甲基苯丙胺的高灵敏检测。首先,通过FDTD模拟证实将介电微球自组装到贵金属纳米阵列会使金属纳米颗粒间“热点”区域的电场强度极大地增强,另外,介电微球与纳米颗粒接触区域的电场强度也被增强,且电场增强显示出对二氧化硅微球的尺寸相关性。随着粒径的增大,贵金属纳米颗粒之间以及微粒周围的电场逐渐增强,这种增长趋势在500 nm~... 

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 金属-介电纳米复合材料
        1.1.1 贵金属纳米颗粒的LSPR光学特性
        1.1.2 介电微球及其回音壁模式
        1.1.3 金属-介电纳米复合材料
    1.2 表面增强拉曼光谱
        1.2.1 拉曼光谱
        1.2.2 表面增强拉曼光谱
    1.3 金属-介电纳米材料在SERS上的应用
    1.4 选题依据及研究内容
        1.4.1 选题依据
        1.4.2 研究内容
第二章 实验材料设备与测试方法
    2.1 实验仪器与药品
    2.2 测试方法
        2.2.1 Zeta电位测试
        2.2.2 接触角测试
        2.2.3 傅里叶红外测试
        2.2.4 SERS测试
第三章 单层金-二氧化硅纳米复合材料FDTD建模与仿真
    3.1 时域有限差分法
        3.1.1 麦克斯韦方程
        3.1.2 Yee元胞
    3.2 不同粒径二氧化硅微球的FDTD模拟
    3.3 纳米金颗粒-二氧化硅微球的FDTD模拟
        3.3.1 单个纳米金颗粒-二氧化硅微球的FDTD模拟
        3.3.2 双纳米金颗粒-二氧化硅微球的FDTD模拟
    3.4 单层纳米金-二氧化硅微球混合簇的FDTD模拟
    3.5 本章小结
第四章 单层纳米金的制备
    4.1 引言
        4.1.1 纳米金颗粒制备
        4.1.2 单层纳米金阵列制备
    4.2 实验步骤
        4.2.1 纳米金颗粒的制备
        4.2.2 静电吸附法制备单层纳米金阵列
        4.2.3 溶剂蒸发法制备单层纳米金阵列
        4.2.4 界面法制备单层纳米金阵列
    4.3 结果与讨论
        4.3.1 纳米金颗粒制备
        4.3.2 静电吸附法制备单层纳米金阵列
        4.3.3 溶剂蒸发法制备单层纳米金阵列
        4.3.4 界面法制备单层纳米金阵列
    4.4 本章小结
第五章 单层金-二氧化硅纳米复合材料SERS性能研究
    5.1 引言
        5.1.1 二氧化硅微球的表面改性
        5.1.2 单层纳米金-二氧化硅复合材料的制备
        5.1.3 甲基苯丙胺的概述
    5.2 实验步骤
        5.2.1 二氧化硅表面改性
        5.2.2 对氨基苯硫酚SERS基底制备
        5.2.3 甲苯胺蓝SERS基底制备
        5.2.4 甲基苯丙胺SERS基底制备
        5.2.5 SERS测试
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 二氧化硅微球表面改性
        5.3.2 单层纳米金-二氧化硅复合材料的制备
        5.3.3 对氨基苯硫酚SERS测试
        5.3.4 甲苯胺蓝SERS测试
        5.3.5 甲基苯丙胺SERS测试
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果



本文编号：3700984