银纳米材料的制备及其与量子点相互作用的研究

发布时间：2018-06-25 13:11

本文选题：表面等离激元 + 银纳米材料　；参考：《北京邮电大学》2017年博士论文

【摘要】：表面等离激元(Surface Plasmon Polaritons,SPPs)是局域在金属和介质表面的电磁波,它能够将光场压缩到衍射极限以下,同时又能够对局域的电磁场进行增强,是实现纳米尺度光操控以及集成光子器件的理想选择。开展关于表面等离激元的研究,不仅包含了物理研究中关于光与物质相互作用的课题,而且具有丰富的应用前景,如量子光学器件、表面等离激元波导和纳米激光器等。近年来,表面等离激元的研究获得了快速的发展,并且迅速向材料科学、信息科学和光电子科学等学科交叉渗透。伴随着纳米技术的发展,特别是物理加工与化学制备方法的提升,越来越多的新形貌贵金属纳米结构得以制备,极大的推动了表面等离激元的发展。利用化学方法合成的贵金属纳米结构具有光滑的表面及较小的传输损耗,是在微纳尺度上增强光与物质相互作用的理想选择。基于表面等离激元的荧光调控在各个领域都取得了重要进展,具有广阔的应用前景。大量的理论和实验表明当荧光颗粒在贵金属纳米结构附近时,其荧光性质会被明显调制,包括荧光强度、衰减速率、辐射方向,偏振和光谱等。银纳米线作为表面等离激元波导中最重要的结构之一,其支持的局域等离激元(Local Surface Plasmons, LSPs)模式和传输的表而等离激元(SPPs)的Fabry-Perot (FP)腔模式可与入射光和量子点同时作用,因此为调控荧光性质提供了丰富的手段。本文从银纳米材料的制备展开研究,利用化学方法制备了不同形貌的银纳米结构。基于银纳米线,我们成功制备了银纳米线-二氧化硅-量子点复合纳米线,对复合纳米线扫描并进行荧光强度和衰减速率成像,研究了银纳米线对量子点的双光子荧光调控。以下是本论文的主要研究成果:1.利用芸香苷分子协助制备了棒球形端头的银纳米线。通过对比实验研究了棒球形端头银纳米线的生长机制,实验结果表明,芸香苷分子既作为还原剂,又作为覆盖剂引导棒球形端头银纳米线的生成。芸香苷分子与硝酸银的摩尔比对生成物的形貌有决定性作用。此外,我们利用新的化学方法制备了银纳米环,通过改变反应物摩尔比制备了银纳米片。该部分工作对理解生物分子协助制备和设计新形貌银纳米结构有重要的参考价值。2.深入研究了对银纳米线形貌产生影响的因素,得到的实验结果对提高银纳米线纯度和调控银纳米线的纵横比有一定的参考价值。基于银纳米线,制备了银纳米线-二氧化硅-量子点复合纳米线,合成过程中避免了副产物二氧化硅球的产生及银纳米线的刻蚀。3.搭建了荧光强度和寿命扫描显微系统,该系统可实现对样品进行二维或三维扫描,并构建荧光强度和寿命的成像图。解决了搭建该系统的几个关键性问题,如光斑质量问题、纳米平移台TTL (Transistor Transistor Logic)信号的稳定输出问题,降低单光子计数器暗计数和复合纳米线相对光斑的偏移等问题。该部分工作对搭建类似系统的研究者具有重要的参考价值。4.利用荧光强度和寿命扫描显微系统扫描了复合纳米线,得到了双光子荧光强度和衰减速率的二维图。实验结果表明量子点双光子荧光强度和衰减速率依赖于入射光和量子点激发的LSPs模式和传输SPPs的FP腔模式。双光子荧光的衰减过程分为慢过程和快过程,两个过程分别是由量子点与SPPs和LSPs模式相互作用引起的。利用有限时域差分算法进行仿真计算,理论计算结果和实验结果吻合。这种入射光偏振和入射位置依赖的荧光强度和衰减速率调制为控制量子点荧光性质提供一种简便的方法。因此,我们可以参考该工作设计其他表面等离激元腔用来调控荧光性质和能量转移过程。我们的研究在很多领域都有潜在的应用,如等离激元器件、等离激元标尺和高灵敏度传感器。
[Abstract]:Surface plasmon polarizes ( SPPs ) are electromagnetic waves localized on the surface of metal and dielectric , which can compress the optical field below the diffraction limit and enhance the local electromagnetic field . A two - dimensional graph of fluorescence intensity and decay rate is presented . The experimental results show that the fluorescence intensity and decay rate depend on the fluorescence intensity and decay rate of the quantum dots . The results show that the fluorescence intensity and decay rate depend on the fluorescence intensity and decay rate of the quantum dots .
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O614.122;TB383.1

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