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贵金属纳米组装体系,因其独特的表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)特性,在纳米光学、生物化学传感和表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)等领域具有广阔的应用前景,已成为一个新的研究热点。本文以多孔阳极氧化铝(porous anodic alumina, PAA)膜为模板,采用电子束蒸镀方法制备出了多种基于PAA模板的银纳米结构体系,研究了其作为SERS活性基底的应用。为了提高PAA基银纳米结构(PAA/Ag)的SERS活性,本文以带铝基的PAA膜为模板,制备出了Al/PAA基银纳米结构(Al/PAA/Ag),通过优化结构参数(银层厚度和PAA膜厚度),得到了表面等离子体共振和相消干涉共增强型SERS活性基底,与PAA/Ag型基底相比,Al/PAA/Ag型SERS活性基底的平均增强因子提高了一个量级。
本文的主要工作包括以下几个方面:
(1)研究了模板结构对银纳米阵列表面形貌的影响。以高场多孔阳极氧化铝膜背面开孔与否为例,制备出了分级银纳米帽阵列和开孔分级银纳米帽阵列SERS活性基底,使用实验方法表征了二者各自的银层生长规律,远场光学性质和近场光学性质,给出了两种SERS活性基底的表面等离子体共振特性随结构参数的变化规律。
(2)研究了模板温度对银纳米阵列表面形貌的影响。以高场铝基底和草酸中场膜为例,制备出了高温和常温两种模板状态下的银纳米阵列,比较了银层形貌的差异及其对远近场光学特性的影响。
(3)研究了除优化银层参数之外,提高SERS活性基底表面增强性能的途径。以带有铝基底的PPA膜为模板制备出了新颖的Al/PAA/Ag型表面增强拉曼散射基底,从实验上研究了Al/PAA/Ag结构的光学特性及SERS活性随结构参数(银层的厚度和PAA层厚度)的变化规律,提出了表面等离子体共振与相消干涉的共增强机制,在对新结构参数进行优化之后获得了高性能的SERS活性基底,其平均增强因子达到108,较PAA/Ag型结构高一个数量级。
(4)采用FDTD方法对本文所制备的Al/PAA/Ag型SERS活性基底的电磁增强特性进行了模拟计算,给出了银层表面与MIM(Metal-Insulator-Metal,MIM)结构横截面等位置的电场分布,证明了Al/PAA/Ag结构中表面等离子体共振与相消干涉的共增强机制。
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Basic Info :
Degree: 理学硕士
Mentor: 黄丽清
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Year: 2014
Language: Chinese
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