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金属纳米半球壳阵列的表面拉曼散射增强效应

作　者: 陈玲
导　师: 王振林
学　校: 南京大学
专　业: 凝聚态物理
关键词: 金属纳米拉曼散射半球壳表面等离激元玻璃基底准三维尖端效应阵列结构开口方向二氧化硅晶体制备方法增强效应玻璃衬底聚苯乙烯自组装数值模拟计算石英片局域场球壳结构
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本文研究了一种由金属纳米球壳阵列组成的准三维表面等离激元晶体的表面增强拉曼散射特性。通过准三维表面等离激元晶体对罗丹明6G分子拉曼散射信号的测量,结合数值模拟计算与分析,解释了金属纳米球壳阵列拉曼散射增强的相关机理,及其与结构之间的依赖关系。论文包括以下三部分内容：第一部分：介绍了准三维表面等离激元晶体的制备方法——胶体晶体模板辅助复制法。即在单层六角密堆排列的(二氧化硅)微球表面真空溅射金属薄层,通过这种方法在微球表面形成的金属膜是一种具有周期性起伏的准三维结构(称之为准三维表面等离激元晶体)。实验中还可通过化学方法腐蚀进一步去除模板,从而得到由金纳米空心半球壳组成的新型准三维表面等离激元晶体。通过不同的腐蚀方法,可控制支撑在玻璃基底上的金纳米空心半球壳开口方向。第二部分：先前的研究已经揭示了这类准三维等离激元晶体存在共振透射特性。本文进一步研究了准三维表面等离激元晶体的表面拉曼散射性质。实验测量表明,准三维表面等离激元晶体不但具有拉曼增强效应,而且拉曼信号的增强效果与激发光的波长以及半球壳的取向有密切的关系。在非共振激光垂直激发,球壳开口向上时拉曼散射信号比开口朝向玻璃基底的拉曼信号强两倍；在共振带边缘激光垂直激发激发,球壳开口朝上时拉曼散射信号比开口朝向玻璃基底时的信号强五倍。第三部分：从透射谱的测量看,开口方向不同并不影响准三维表面等离激元晶体的透射性质。结合透射谱及其场分布数值模拟计算,我们提出在非共振激发下,拉曼散射信号强度的差别是由结构的细微差异所导致的：对于开口朝上的金纳米空心半球壳所组成的准三维表面等离激元晶体,其尖端有较强的场增强。这种尖端效应导致开口朝上的与开口朝向玻璃基底的空心半球壳结构具有更强的拉曼散射信号。而在共振带边缘激发的情况,开口朝上的半球壳腔内有较强的场增强,虽然吸附在球壳表面的分子没有处在这个强场中,但是这个强场可以引起分子吸光率的提高,进而增强分子的拉曼信号。腔内强场作用与尖端效应共同使得在共振附近激发情况下,开口朝上的半球壳阵列所产生的分子拉曼散射信号比开口朝向衬底时强五倍。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-21
  1.1 前言  9
  1.2 拉曼散射的概念和基本性质  9-12
    1.2.1 经典解释  9-11
    1.2.2 量子解释  11-12
  1.3 表面增强拉曼散射  12-18
    1.3.1 电磁(EM)增强机制  13-14
    1.3.2 化学增强机制  14
    1.3.3 各种表面增强拉曼散射活性衬底系统  14-18
  1.4 论文的主要内容  18-19
  参考文献  19-21
第二章基于胶体晶体模板的准三维金属纳米半球壳阵列的制备  21-30
  2.1 二氧化硅胶体晶体模板的制备  21-24
  2.2 基于胶体晶体模板的准三维有序纳米碗阵列的制备  24-27
    2.2.1 实验原料和制备过程  25-26
    2.2.2 实验结果讨论  26-27
  2.3 小结  27-28
  参考文献  28-30
第三章准三维金属纳米碗阵列结构的表面增强拉曼散射实验与分析  30-42
  3.1 表面增强拉曼散射的测量装置  30-31
  3.2 准单位金属纳米半球壳阵列结构的表面增强拉曼散射  31-36
    3.2.1 拉曼散射实验准备  32-33
    3.2.2 拉曼散射测量结果  33-34
    3.2.3 拉曼散射测量结果分析  34-36
  3.3 准三维金属纳米半球壳阵列结构的数值模拟计算  36-40
    3.3.1 有限时域差分法模型  36-37
    3.3.2 数值模拟计算结果及拉曼增强分析  37-40
  3.4 小结  40-41
  参考文献  41-42
总结  42-44
攻读硕士学位期间完成的论文  44-45
致谢  45-46

金属纳米半球壳阵列的表面拉曼散射增强效应

内容摘要

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