【摘要】：相比于傳統(tǒng)貴金屬等離激元,石墨烯等離激元由于其優(yōu)異的亞波長光限制、低損耗和可調(diào)諧紅外表面等離激元共振等性質(zhì),為包括光伏器件、光調(diào)制、非線性光學(xué)和紅外光譜傳感檢測等應(yīng)用提供了可能。石墨烯納米結(jié)構(gòu)的等離激元可以直接由體光束激發(fā),但本征石墨烯納米結(jié)構(gòu)陣列,如納米帶、納米點和納米環(huán),其表面等離激元表現(xiàn)出窄譜共振及增強因子低的局限。理論研究表明,石墨烯與金屬的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)具有通過將光場限制在衍射極限以下來增強光-物質(zhì)相互作用的優(yōu)點,有望幫助改進石墨烯等離激元器件的效率。對于石墨烯-金屬復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的研究不僅可以進一步深化探索石墨烯的表面等離激元性質(zhì),而且可用于特殊功能化的應(yīng)用,如等離激元增強光探測器、傳感器和太陽能電池等。特別地,基于石墨烯等離激元共振的表面增強紅外光譜,可用于高靈敏傳感檢測應(yīng)用。本論文首先構(gòu)建石墨烯薄膜與金屬納米顆粒的復(fù)合結(jié)構(gòu),探索金屬納米顆粒對石墨烯薄膜的摻雜和光學(xué)性質(zhì)影響。然后構(gòu)建石墨烯納米結(jié)構(gòu)陣列與金屬納米顆粒的復(fù)合結(jié)構(gòu),研究其等離激元性能,并探明金屬納米顆粒對石墨烯等離激元性能的調(diào)控。具體內(nèi)容歸納如下:1.通過將化學(xué)氣相沉積法生長的石墨烯轉(zhuǎn)移至目標襯底,使用熱蒸發(fā)沉積金屬銀的摻雜方法來調(diào)控石墨烯的載流子導(dǎo)電類型。本工作已經(jīng)通過在轉(zhuǎn)移的CVD石墨烯上熱沉積銀納米材料制備出石墨烯-金屬納米銀復(fù)合結(jié)構(gòu),獲得了具有納米級光滑度(RMS粗糙度～1.4 nm)的大面積(厘米級)均勻的n型摻雜石墨烯。此摻雜方法具有操作簡單且高效摻雜的優(yōu)勢。金屬銀摻雜的石墨烯在約500 nm處表現(xiàn)出大的吸收系數(shù)(α105m-1),這使得它可用于各種應(yīng)用,特別是作為光電子學(xué)中的潛在候選材料。2.通過一種低成本、簡單高效自上而下的嵌段共聚物自組裝方法制備石墨烯納米點結(jié)構(gòu)陣列,研究了在中紅外光譜區(qū)域的石墨烯等離激元共振吸收。同時,為了進一步增強其對光的吸收能力,我們采用一種快速熱退火金膜制備金納米顆粒的方法,制備出石墨烯納米點結(jié)構(gòu)陣列-金納米顆粒的復(fù)合結(jié)構(gòu)。通過測量其紅外吸收,我們發(fā)現(xiàn)引入金納米顆粒可以拓寬并增強石墨烯等離激元共振。此外,利用此石墨烯-金復(fù)合等離激元結(jié)構(gòu)作為紅外光譜增強基底,實驗獲得了吸收振動10倍的信號增強以及對亞單原子層PEO分子的高靈敏檢測,同時表現(xiàn)出對比單一石墨烯納米點結(jié)構(gòu)陣列更為寬譜增強的檢測能力,可具有安全和健康相關(guān)生物、化學(xué)傳感檢測潛力。3.使用有限時域差分法(FDTD)模擬石墨烯納米點結(jié)構(gòu)陣列中費米能級調(diào)節(jié)對其等離激元性能的影響,發(fā)現(xiàn)通過對石墨烯進行摻雜改變其費米能級,可實現(xiàn)對石墨烯等離激元共振的有效調(diào)諧。系統(tǒng)研究金屬納米顆粒對石墨烯等離激元的影響,發(fā)現(xiàn)金屬納米顆粒的位置變化具有不同程度調(diào)控等離激元共振的作用,且表現(xiàn)出一種寬頻的等離激元共振性能。4.采用溫和的常壓溶劑熱法,以乙二醇作為溶劑,改變銅、硒源的摩爾比,成功合成石墨烯之外的其他二維納米材料(銅硫族化物),最終獲得分別具有1.73eV及1.91eV的直接帶隙的六方晶系的CuSe和斜方晶系的Cu2Se的銅硫族化物。研究發(fā)現(xiàn)這種材料在可見光區(qū)域具有廣泛的直接帶隙吸收,并且由于表面等離激元性質(zhì),其在近紅外區(qū)域具有的強吸收尾部。
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【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.1

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前2條

1 楊曉霞;孔祥天;戴慶;;石墨烯等離激元的光學(xué)性質(zhì)及其應(yīng)用前景[J];物理學(xué)報;2015年10期

2 ;Porous graphene:Properties,preparation,and potential applications[J];Chinese Science Bulletin;2012年23期

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本文編號：2392586