手性是自然界中的一種基本屬性,其在生物、化學(xué)、醫(yī)藥、物理等方面有著廣泛的應(yīng)用前景。光學(xué)活性是手性結(jié)構(gòu)一種重要的表現(xiàn)形式。最早發(fā)現(xiàn)的是手性分子結(jié)構(gòu),其光學(xué)活性較弱并且響應(yīng)多位于紫外波段范圍。隨著納米結(jié)構(gòu)的發(fā)展,逐漸出現(xiàn)手性分子和非手性納米等離子的組裝結(jié)構(gòu),以及手性金屬結(jié)構(gòu),手性超材料等等。為了克服這些手性結(jié)構(gòu)在制備工藝上的限制,贗手性結(jié)構(gòu)逐漸進(jìn)入了人們視野。贗手性結(jié)構(gòu)是一類本身不具有手性,但在一定條件下表現(xiàn)出手性效應(yīng)的特殊結(jié)構(gòu)。它多是二維材料,因此制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單,使得贗手性結(jié)構(gòu)在手性催化、手性識(shí)別,偏振敏感光學(xué)探測(cè)器、圓二向色性光譜,分子開關(guān)等方面都有廣泛的潛在應(yīng)用。從另一方面講,金屬贗手性結(jié)構(gòu)具有等離子共振效應(yīng),其對(duì)結(jié)構(gòu)尺寸和周圍環(huán)境的折射率相對(duì)敏感,使得金屬納米贗手性結(jié)構(gòu)被輕松調(diào)控。這為手性結(jié)構(gòu)的應(yīng)用開辟新的機(jī)遇。近年來(lái)發(fā)展出的贗手性結(jié)構(gòu)制備技術(shù)多是基于電子束刻蝕技術(shù)或聚焦離子束刻蝕技術(shù)。在實(shí)際生產(chǎn)中,如果大面積制備這些結(jié)構(gòu),花費(fèi)是非常昂貴的。而贗手性結(jié)構(gòu)在手性應(yīng)用中具有極大的發(fā)展前景,基于此本文的主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新之處如下:1、利用數(shù)值模擬研究了金屬新月結(jié)構(gòu)的贗手性。通過(guò)有限元方法分析結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性,我們發(fā)現(xiàn)這種金屬新月結(jié)構(gòu)具有很大的贗手性和可調(diào)控的圓二向色性�；诖朔治隽瞬煌叽绲慕饘傩略陆Y(jié)構(gòu)的光學(xué)特性。并發(fā)現(xiàn)金屬納米新月結(jié)構(gòu)的共振頻率非常容易調(diào)控。2、實(shí)驗(yàn)上制備出了大面積的金納米新月結(jié)構(gòu)并對(duì)其進(jìn)行測(cè)試。實(shí)驗(yàn)中搭建了一套入射光波長(zhǎng)范圍在600-2000 nm的實(shí)驗(yàn)測(cè)試系統(tǒng)去測(cè)試樣品的圓二向色性。通過(guò)低成本的納米球刻蝕技術(shù),我們制備了大面積的金屬新月結(jié)構(gòu)。并探究了制備實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各參數(shù)的不同影響,如聚苯乙烯小球溶液濃度,旋涂轉(zhuǎn)速,刻蝕時(shí)間,刻蝕功率,鍍膜傾斜角度,聚苯乙烯小球尺寸等。通過(guò)掃描電子顯微鏡觀察,我們發(fā)現(xiàn)樣品的尺寸、大小和取向都是均勻的。經(jīng)過(guò)測(cè)試,我們發(fā)現(xiàn)金屬納米新月結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的贗手性效應(yīng)。并且,實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)和模擬結(jié)果基本一致。3、闡清了金屬納米新月結(jié)構(gòu)超贗手性的物理機(jī)制。通過(guò)實(shí)驗(yàn)和模擬,我們對(duì)新月結(jié)構(gòu)的贗手性給出了一個(gè)定性的理論解釋。我么認(rèn)為,在不同的角度下左旋圓偏振光和右旋圓偏振光,激發(fā)的局域表面等離子共振模式的激發(fā)效率不同。這是引起這種強(qiáng)贗手性的本質(zhì)原因。本文共分為五章。第一章是緒論,我們從手性的起源與應(yīng)用入手,介紹一般的手性結(jié)構(gòu)在制作工藝上的困難,并在此基礎(chǔ)上論述了贗手性金屬結(jié)構(gòu)的相對(duì)優(yōu)勢(shì),提出我們的技術(shù)解決方案,討論了金屬納米新月結(jié)構(gòu)的超贗手性。第二章介紹了利用有限元法研究金屬新月結(jié)構(gòu)的光學(xué)特性,并研究了不同尺寸的金屬納米新月的圓二向色性,發(fā)現(xiàn)通過(guò)調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的尺寸,可以對(duì)納米結(jié)構(gòu)的共振頻率進(jìn)行調(diào)控。第三章介紹了金屬納米新月結(jié)構(gòu)的制作流程。通過(guò)不同參數(shù)的調(diào)控制備出大面積金屬納米新月結(jié)構(gòu)。第四章介紹了對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的搭建,并測(cè)量了金屬納米新月結(jié)構(gòu)的光譜。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明金屬納米新月結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的贗手性,并和模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。之后對(duì)金屬新月結(jié)構(gòu)超贗手性的物理機(jī)制進(jìn)行分析。第五章是總結(jié)與展望,對(duì)本論文進(jìn)行總結(jié)并對(duì)下一步工作計(jì)劃進(jìn)行安排。
【學(xué)位單位】：南開大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TB383.1;TG113.1
【部分圖文】：

手性作為自然界中的一種基本屬性受到人們關(guān)注。對(duì)手性的解釋是，一著系統(tǒng)與它的鏡像不能重合，那么這個(gè)物體或者系統(tǒng)就具有手性[1]。后這兩種相反的鏡像分別稱為左旋體和右旋體。手性普遍存在于各個(gè)尺系一直到亞原子粒子都可觀察到手性。在生物體中，手性是構(gòu)成人體的和分子構(gòu)型的一種必不可少的重要特征。在動(dòng)物中，甲蟲骨骼的染色或蝶的翅膀是由于手性光子晶體的存在而形成的[2-3]。在植物中，由于手光子晶體的作用，杜若的果實(shí)具有彩虹色[4]。對(duì)于制藥工業(yè)來(lái)說(shuō)，手性。氧氟沙星是一種藥，它分為左旋體和右旋體。左旋體有抗菌活性，能。它的右旋體不表現(xiàn)出抗菌活性，并且還具有很強(qiáng)的副作用。比如沙利鏡像體可有效作為孕婦晨吐的緩解藥物，而另一種則導(dǎo)致出生兒嚴(yán)重胺，一種鏡像體可用于治療關(guān)節(jié)炎，另一種是具有神經(jīng)毒性的[6]。如果把這些鏡像體區(qū)分出來(lái)，一方面能夠增強(qiáng)藥物的治療性，另一方面又能對(duì)人體的損害[7]。所以無(wú)論從哪一方面，對(duì)于普遍存在各個(gè)尺度的手性，將其恰當(dāng)應(yīng)用則至關(guān)重要。

第一章 緒論( )和右旋圓偏振光( )具有相同的振幅和角速度。，左旋圓偏振光( )和右旋圓偏振光( )的角速度不振光的角速度比右旋圓偏振光的慢。角速度的差異被開介質(zhì)，入射波的相位關(guān)于垂直方向旋轉(zhuǎn)一定角度 光度，單位為度或者弧度[15-16]。

用弧度來(lái)表示。 表示電磁波的波長(zhǎng)， 表示光在介質(zhì)中傳播的長(zhǎng)度介質(zhì)中的折射率與波長(zhǎng)有關(guān)，之間的關(guān)系代表色散。因此折射率的差值，也就是( )總是與波長(zhǎng)有關(guān)。在光學(xué)旋轉(zhuǎn)中，波長(zhǎng)的相關(guān)改變是由旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的色散來(lái)確定的[17]。1.1.2 圓二向色性當(dāng)光與手性物質(zhì)相互作用時(shí)，手性結(jié)構(gòu)的光學(xué)響應(yīng)對(duì)于左旋圓偏振光和右旋圓偏振光是不同的。具體表現(xiàn)是不同入射光對(duì)于結(jié)構(gòu)的消光系數(shù)是不同的[18-20]。我們把這種現(xiàn)象稱之為圓二向色性。值得一提的是，左旋圓偏振光和右旋圓偏振光在手性結(jié)構(gòu)中的傳播速度是一致的�；蛘哒f(shuō)相同的時(shí)間內(nèi)，左旋圓偏振光和右旋圓偏振光走過(guò)的圓形路徑相同，并且旋轉(zhuǎn)角度 。由于手性結(jié)構(gòu)對(duì)左旋圓偏振光和右旋圓偏振光的散射和吸收是不一樣的，這就造成光的波矢的相對(duì)振幅發(fā)生改變。也就是說(shuō)光的電場(chǎng)矢量在垂直于傳播方向上形成了一個(gè)橢圓。這個(gè)橢圓率ˋ常用來(lái)表示手性介質(zhì)的圓二向色性。
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