金属纳米片—分子—金属膜三明治体系中的表面等离激元研究

发布时间：2017-06-08 06:13

  本文关键词：金属纳米片—分子—金属膜三明治体系中的表面等离激元研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是金属和介质界面处自由电子的集体振荡与传播电磁波的耦合模式。金属纳米结构由于其独特的表面等离激元共振特性而被广泛研究。金属表面等离激元光学与表面增强拉曼散射为表面催化反应、光信号探测的研究奠定了基础。本论文主要分为两大部分。第一部分我们主要研究了Au nanoplate-moleculefilm三明治结构的等离子体驱动表面催化反应。第二部分是在第一个工作的基础上对颗粒辅助金属三明治封装结构的分子光信息选择性获取的研究。论文中,我们结合表面增强拉曼散射光谱实验与有限时域差分法理论计算对实验现象进行了分析讨论。金属纳米结构中表面等离子体共振会产生极强的局域电磁场增强,吸附在金属表面的p-aminothiophenol(PATP)或4-nitrobenzenethiol(4NBT)分子在强的电磁场作用下发生耦合生成一种新的分子即p,p'-dimercaptoazobenzene(DMAB)分子,催化结果可以通过表面增强拉曼散射光谱检测出来。Au nanoplate-molecule-film三明治结构的表面催化反应主要依赖于激光的偏振方向而与分子种类无关。由于激光的偏振方向不同能量聚集的区域就不同,能量高的区域更容易发生表面催化反应。由第一个工作可知,纳米片中心区域由于电磁场增强弱很难检测出分子信号,为了解决这一问题,我们介绍了一种简单的方法来获得金属封装结构的拉曼信号。金属纳米颗粒的存在,使得Au nanoplate-film gap间的电场强度增强了几倍以上,分子拉曼光谱强度明显增大且发生了表面催化反应。此外,实验结果表明颗粒对Au nanoplate-molecule-film三明治封装结构分子光信号的增强效应与颗粒半径、纳米片厚度密切相关而与分子种类、颗粒形状无关。由于Au nanoplate-molecule-film三明治结构制备简单,该杂化等离子体纳米结构可以广泛用于表面催化反应、SERS、光探测、传感器、特殊分子样品信息储存等领域。
【关键词】：表面等离激元 表面增强拉曼散射 三明治结构 等离子体驱动表面催化反应 有限时域差分法
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1;O485
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-8
• 1 绪论8-25
• 1.1 引言8-9
• 1.2 表面等离激元9-15
• 1.2.1 金属中表面等离激元的产生及其基本特性9-12
• 1.2.2 表面等离激元的分类12-14
• 1.2.3 表面等离激元在电磁场增强中的应用14-15
• 1.3 理论计算-有限时域差分法(FDTD)15
• 1.4 表面增强拉曼散射15-16
• 1.5 等离激元的新运用-等离子体驱动表面催化反应16-17
• 1.6 等离子体驱动表面催化反应研究背景17-23
• 1.7 本文研究主要内容及创新之处23-25
• 1.7.1 本文研究的主要内容23-24
• 1.7.2 本文的创新之处24-25
• 2 实验材料的制备及样品的表征技术25-27
• 2.1 实验材料的制备25-26
• 2.1.1 金纳米三角片和金纳米颗粒的合成25
• 2.1.2 Au膜的制备25
• 2.1.3 Au纳米三角片-单分子层-Au膜三明治结构的制备25
• 2.1.4 Au纳米颗粒-Au纳米片-单分子层-Au膜结构的制备25-26
• 2.2 样品的表征技术26-27
• 2.2.1 原子力显微镜(Atomic Force Microscopy, AFM)26
• 2.2.2 拉曼光谱仪26
• 2.2.3 扫描电子显微镜（SEM）26-27
• 3 Au nanoplate-molecule-film三明治结构的催化反应27-39
• 3.1 水平偏振时，nanoplate-molecule-film结构的催化反应（4NBT转化成DMAB）28-30
• 3.2 竖直偏振时，nanoplate-molecule-film结构的催化反应（4NBT转化成DMAB）30-31
• 3.3 竖直偏振时，，nanoplate-molecule-film结构的催化反应（PATP转化成DMAB）31-33
• 3.4 计算结果与讨论33-37
• 3.4.1 水平偏振时nanoplate-molecule gap间的电场分布34-35
• 3.4.2 竖直偏振时nanoplate-molecule gap间的电场分布35-37
• 3.5 本章小结37-39
• 4 金属封装结构的分子光信息选择性获取39-47
• 4.1 颗粒辅助封装结构的分子光信息选择性获取及其电场分布40-41
• 4.2 不同形状颗粒辅助封装结构的分子光信息选择性获取及其电场分布41-43
• 4.3 纳米片厚度、颗粒半径对封装结构分子拉曼信号强度的影响43-44
• 4.4 颗粒辅助不同分子的封装结构信号的获取44-46
• 4.5 本章小结46-47
• 5 总结与展望47-49
• 致谢49-50
• 参考文献50-55
• 附录A 攻读学位期发表论文与获奖情况55

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