基于贵金属纳米颗粒流体的折射率传感特性研究
近年来，基于贵金属纳米颗粒局域表面等离激元共振（LSPR）的折射率传感一直是人们研究的热点。这是因为贵金属纳米颗粒具有独特的光学特性，金属颗粒的局域表面等离激元共振产生时有明显的电磁场增强，其共振峰不仅对周围环境折射率变化非常敏感，而且通过调整纳米颗粒的材料、形状和尺寸，共振峰的强度和位置也会发生相应变化，可实现在纳米尺度上对光进行操控。因此，贵金属纳米颗粒常用于高灵敏度传感领域，对医疗诊断、食品安全、生物分子及重金属离子的定量检测具有非常重要的意义。与传统的折射传感方案相比，基于金属纳米颗粒局域表面等离激元共振的传感器具有更好的特性。例如，贵金属纳米颗粒局域表面等离激元共振对周围介质折射率变化非常敏感，能有效提高折射率传感灵敏度，同时金属纳米颗粒由于小体积效应，与物质分子相互作用时，纳米颗粒周围产生很强的光信号。然而，贵金属纳米颗粒自身具有很强的辐射和非辐射衰减，导致产生的局域表面等离激元共振光谱线宽很大，不利于进一步提高传感器的品质因数。 为解决以上问题，我们提出了一种基于贵金属纳米颗粒流体透明窗口的折射率传感方案。本论文中，我们采用种子生长法制备不同长径比的金纳米棒和金核银壳纳米棒，根据不同金属纳米颗粒的共振峰位预设透明窗口，通过改变纳米颗粒胶体溶液的浓度调整透明窗口峰位及半高宽，以提高折射率传感灵敏度。实验实现了上述金属纳米颗粒流体，在300-1200 nm范围内实现了宽带吸收，只在特定波段出现一个较窄的透明窗口(～150 nm)，并且可以对峰位及半高宽进行调控。采用时域有限差分法的计算结果表明，当增大外界环境折射率，透明窗口能够产生较大的红移，在透射强度约为20％的条件下，其折射率灵敏度达到452 nm/RIU，品质因数FOM可达6.7。 此外，我们设计了一种由银矩形纳米环和硅纳米盘构成的金属/电介质杂化体系，硅纳米盘的Anapole模式与银纳米环多极共振模式之间相互耦合可产生双重Fano共振效应，从而有效抑制体系辐射损耗，获得线宽约为13nm的精细光谱，有利于提高传感灵敏度和品质因数。
贵金属纳米颗粒;折射率传感;时域有限差分法;Fano共振效应
太原理工大学
硕士
测试计量技术及仪器
刘绍鼎
2017
中文
TB383;TP212
63
2018-03-09（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）