新型半导体表面增强拉曼散射（SERS）衬底的制备及其表面协同共振效应研究
发布时间：2021-03-22 11:05
表面增强拉曼散射（SERS）作为一种快速、灵敏、无损的检测手段,可被广泛应用于毒品检测、环境科学、生物医学等领域。SERS技术的发展离不开具有SERS活性的新型衬底材料的开发。随着最早开发的贵金属SERS衬底越来越多的缺点被暴露,半导体凭借着其种类丰富、能带结构可调、化学稳定性佳、生物相容性好等众多优点,弥补了贵金属衬底的不足并大大拓宽了SERS的应用范围。贵金属衬底超敏的SERS性能主要来自于局域表面等离子体共振（LSPR）产生的电磁增强。但半导体衬底的SERS性能主要来源于化学增强,从而其SERS性能较弱。因此,本文工作的重点在于协同电磁增强机理（EM）和化学增强机理（CM）开发新型的半导体SERS衬底材料,通过在半导体上实现包括（1）电磁共振（包括LSPR和米氏共振）、（2）电荷转移（CT）共振、（3）分子共振,这三种共振的表面协同共振效应,以获得超敏的半导体SERS衬底。氢化手段有助于促进TiO2与探针分子间的电荷转移并提高载流子浓度以实现可见光区的LSPR,最终在TiO2表面协同实现EM和CM。本论文利用水热法和固态氢化技术得到了氢...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)上海市
【文章页数】：170 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
拉曼散射和瑞利散射的能级图
⑸?嗷プ饔玫玫皆?次增强，这个再次得到辐射增强的场可以表示为：ESERS=Mrad(λR)Escat=Mrad(λR)αELOC=αMloc(λ0)Mrad(λR)E0，从而位于纳米颗粒附近的分子最终的SERS信号强度增强为ISERS∝|ESERS|2=|αMloc(λ0)Mrad(λR)|2E02。通常情况下Mrad与Mloc值相近，因此SERS信号的强度可以表示为ISERS∝α2Mloc4E02。对于特定的入射波长，场增强可以连续发生两次，在每个阶段电场以Mloc2增强，最终分子感受到的电场总的增强为Mloc4，因此SERS效应会非常明显。图1.2SERS电磁增强机理示意图Figure1.2TheschematicdiagramofSERSelectromagneticenhancement
新型半导体表面增强拉曼散射（SERS）衬底的制备及其表面协同共振效应研究6中国科学院上海硅酸盐研究所博士学位论文等离子体共振峰的位置。该小组还研究了Au纳米棒长径比对其LSPR峰位置的影响。如图1.6所示，Au纳米棒的消光光谱在525和880nm处出现两个明显的峰，它们分别对应于Au纳米棒的横向LSPR和纵向LSPR。随着反应的进行，Au的形貌逐渐从具有较大长径比的纳米棒过渡到类似于球形颗粒的八面体，其纵向LSPR逐渐发生蓝移，最终与横向LSPR合并为一个LSPR峰[46]。局域表面等离子体共振并非只存在贵金属SERS衬底表面，半导体也存在局域表面等离子体共振峰。但是，由于半导体特殊的能带结构，即富电子的价带与缺电子的导带，其LSPR峰通常落在真空紫外光区或远红外光区，远离处在可见和近红外光区的激光。因此，通常无法在可见光区观察到LSPR对半导体的SERS做出贡献。图1.3金属纳米球的等离子体共振示意图Figure1.3Schematicofplasmonoscillationforametalnanosphere图1.4贵金属Au、Ag和Cu表面等离子体共振峰位置[47]Figure1.4ThelocationofsurfaceplasmonresonancepeakofnoblemetalsAu,AgandCu[47]
本文编号：3094037
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院上海硅酸盐研究所)上海市
【文章页数】：170 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
拉曼散射和瑞利散射的能级图
⑸?嗷プ饔玫玫皆?次增强，这个再次得到辐射增强的场可以表示为：ESERS=Mrad(λR)Escat=Mrad(λR)αELOC=αMloc(λ0)Mrad(λR)E0，从而位于纳米颗粒附近的分子最终的SERS信号强度增强为ISERS∝|ESERS|2=|αMloc(λ0)Mrad(λR)|2E02。通常情况下Mrad与Mloc值相近，因此SERS信号的强度可以表示为ISERS∝α2Mloc4E02。对于特定的入射波长，场增强可以连续发生两次，在每个阶段电场以Mloc2增强，最终分子感受到的电场总的增强为Mloc4，因此SERS效应会非常明显。图1.2SERS电磁增强机理示意图Figure1.2TheschematicdiagramofSERSelectromagneticenhancement
新型半导体表面增强拉曼散射（SERS）衬底的制备及其表面协同共振效应研究6中国科学院上海硅酸盐研究所博士学位论文等离子体共振峰的位置。该小组还研究了Au纳米棒长径比对其LSPR峰位置的影响。如图1.6所示，Au纳米棒的消光光谱在525和880nm处出现两个明显的峰，它们分别对应于Au纳米棒的横向LSPR和纵向LSPR。随着反应的进行，Au的形貌逐渐从具有较大长径比的纳米棒过渡到类似于球形颗粒的八面体，其纵向LSPR逐渐发生蓝移，最终与横向LSPR合并为一个LSPR峰[46]。局域表面等离子体共振并非只存在贵金属SERS衬底表面，半导体也存在局域表面等离子体共振峰。但是，由于半导体特殊的能带结构，即富电子的价带与缺电子的导带，其LSPR峰通常落在真空紫外光区或远红外光区，远离处在可见和近红外光区的激光。因此，通常无法在可见光区观察到LSPR对半导体的SERS做出贡献。图1.3金属纳米球的等离子体共振示意图Figure1.3Schematicofplasmonoscillationforametalnanosphere图1.4贵金属Au、Ag和Cu表面等离子体共振峰位置[47]Figure1.4ThelocationofsurfaceplasmonresonancepeakofnoblemetalsAu,AgandCu[47]
本文编号：3094037
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