微纳光散射结构增强胶体量子点定向发光的研究

发布时间：2018-01-03 01:45

本文关键词：微纳光散射结构增强胶体量子点定向发光的研究　出处：《太原理工大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：荧光检测是一种广泛的技术,可以应用在许多领域,比如传感、DNA测序、图像、医学诊断和器件。尽管目前荧光技术已经很先进,但是仍然有他本身的局限性,溶液中的荧光物质受激发后发出的光会分散到各个方向,导致荧光检测系统收集到的光信号很少,降低了检测灵敏度以及检测结果的准确性。为了提高生物和医学检测的灵敏度,提高显微镜或光谱仪对光信号的捕获成为研究的重点,而增强垂直于基底方向的定向发光是其中的一种方法。由于量子点具有比其他荧光物质更独特优越的特性,因此,本文主要研究微纳结构提高胶体量子点定向发光(directional fluorescence emission,DFE)。采用时域有限差分法(finite difference time domain,FDTD)研究增强量子点DFE,通过计算结构的场强分布以及结构上方的定向发光功率,并进行对比,分析结构增强量子点DFE的效果。首先,系统研究了利用球形银纳米颗粒(silver nanoparticles,Ag NPs)增强胶体量子点DFE的原理。通过改变球形AgNPs的尺寸、数目、及其与量子点的相对位置变化,发现在量子点发射波长为595~625 nm的条件下,量子点处于两个不同直径的AgNPs中间(直径分别为90、70 nm)且AgNPs的表面间距为20 nm时,定向发光的最大值与没有金属颗粒相比增强了70多倍,得出了球形AgNPs增强量子点DFE是AgNPs的Mie散射以及局域表面等离子体共振(localizad surfance plasmon resonances,LSPR)共同作用的结果,且单层、非均一金属纳米颗粒对低浓度量子点DFE的增强起主要作用。其次,针对上述球形银纳米颗粒结构局域表面等离子体(localized surface plasmon,LSP)将胶体量子点发射的光局域在附近,对DFE的增强较弱的问题,提出一种载玻片-银薄膜-SiO_2基底-竖直银纳米棒二聚体结构,利用银薄膜和银纳米棒二聚体与量子点发光的耦合发射、纳米棒二聚体对发光的传导以及纳米棒顶部光的干涉增强胶体量子点DFE。通过改变SiO_2厚度、银纳米棒二聚体的长度、纳米棒二聚体的表面间距,发现对于直径为70 nm的银纳米棒二聚体,Si O_2隔层的厚度为20 nm、银纳米棒二聚体长度为400 nm且量子点距离纳米棒表面2 nm时,对发射波长为595~625 nm的量子点DFE的增强效果最强,与载玻片-银薄膜-SiO_2基底对量子点的DFE相比,提高了1022倍。最后,针对上述结构中银纳米棒二聚体对胶体量子点发光的吸收会减弱DFE的问题,提出一种银薄膜-SiO_2中空圆柱复合结构增强胶体量子点DFE,通过改变SiO_2中空圆柱的厚度、内径、内部溶液的折射率,研究了量子点远场定向发光的增强及量子点激发的增强,得出了在Si O_2中空圆柱的厚度为2mm、内半径为3.2mm且内部溶液的折射率较低时,可以实现超过100mm超远场处的DFE增强。
[Abstract]:Fluorescence detection is a widely used technique which can be used in many fields , such as sensing , DNA sequencing , image , medical diagnosis and device . In this paper , the effect of quantum dot dfe is studied by using finite difference time domain ( FDTD ) . The effect of the structure on the quantum dot dfe is studied by changing the field intensity distribution of the structure and the directional luminous power over the structure . Aiming at the problem that the absorption of the silver nanorod dimer in the above - described structure to the colloidal quantum dots weakens the dfe , a silver thin film - sio _ 2 hollow cylindrical composite structure - enhanced colloidal quantum dot dfe is proposed , and the enhancement of the directional light emission at the far field of the quantum dots and the enhancement of the quantum dot excitation are studied by changing the thickness , inner diameter and the refractive index of the inner solution of the hollow cylinder of the SiO2 .

【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O471.1

【参考文献】