【摘要】：
基于表面等离子共振效应(Surface Plasmon Resonance,SPR)设计出的金属纳米结构阵列可以增强拉曼散射光谱和光吸收。因此,表面等离子共振广泛应用于于低浓度分子的检测、生物分子识别、光伏电池和电磁波调控吸收等领域。目前,国内外在金属纳米结构的表面等离子共振方面开展广泛的研究,但大多都处于研究基础机理阶段,样品的制备程序复杂,无法大规模应用。本文设计了三种易于大规模制备的周期性金属纳米结构,通过改变结构参数,调制SPR效应,使其能够在特定的波长范围内SPR效应最强、反射率最低。通过优化参数得到最优结构参数,最后针对优化的结构参数进行制备,探索大规模制备的工艺。本文开展的主要工作有:1、壳状结构完美吸收体的可控大规模制备及表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)效应研究。通过纳米球刻蚀技术制备了以聚苯乙烯微球为基础的周期性纳米球壳结构。利用旋涂法将聚苯乙烯微球平铺,然后在六角密排的单层结构上进行镀膜,形成纳米球壳结构阵列。利用时域有限差分算法对纳米球壳结构进行数值模拟仿真,通过改变结构参数,如镀膜厚度,调控SPR效应的激发,在特定波段(波长633nm)反射率最低。选择三种PS微球直径430nm、520nm和630nm进行薄膜结构的制备,镀膜厚度分别是170nm、210nm、230nm,在六角密排的单层聚苯乙烯微球膜层上镀金膜,形成金包覆的纳米球壳结构。通过扫描电镜对样品形貌进行表征,并对反射率进行表征。使用罗丹明6G作为探针分子进行拉曼光谱测试,增强倍数为180倍,反射率最小值低于5%,大幅降低了金薄膜的反射率。2、基于纳米球光刻技术的三角形颗粒完美吸收体的可控大规模制备及其SERS效应研究。通过纳米球刻蚀技术制备了以聚苯乙烯微球为基础的周期性纳米球壳结构,将微球去除后留下三角形纳米颗粒结构,镀膜厚度分别是170nm、210nm、230nm。通过扫描电镜对样品形貌进行表征。使用罗丹明6G作为探针分子进行拉曼光谱测试,测得增强倍数最高为5-10倍。采用时域有限差分算法对结构进行电磁场仿真,得到增强因子最高约为105。通过研究发现,在波长为633nm的激发光照射下,周期为520nm、高度为230 nm的三角金颗粒SERS基底具有很好的拉曼增强效果。3、多孔氧化铝模板填充银纳米线的完美吸收的可控大规模制备及光吸收性能研究。本文采用单步法制备多孔氧化铝模板,通过变化加工时的氧化电压、氧化时间、氧化液浓度来改变多孔氧化铝模板的周期、孔径及厚度,制备出了多种复合实验要求的氧化铝模板,SEM照片表明其形成了周期性的孔洞结构且模板完整,拥有高度有序性。采用交流电沉积法在多孔氧化铝模板的孔洞中进行银纳米线的沉积,通过改变沉积时间可以控制银纳米线的长度以及完整程度。最后经过调整的结构,反射率在5%左右。通过几种不同的金属纳米结构,研究了完美吸收体的优化设计及其在光吸收增强剂SERS方面的应用,探索了不同微纳结构的结构参数对最后吸收性能的影响。研究了薄膜的制备工艺,探索优化了三种结构大规模制备的流程,为之后的研究打下坚实的基础。
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