航運(yùn)業(yè)高速發(fā)展的同時(shí),船舶在行進(jìn)過程中對(duì)海洋造成的污染日趨增長(zhǎng)。目前急需研發(fā)精度高、便攜的微納檢測(cè)技術(shù),用于實(shí)時(shí)性的低濃度污染物預(yù)警。基于納米粒子LSPR效應(yīng)是SERS等檢測(cè)提升手段的重要依據(jù),消光能力強(qiáng)和靈敏度高的光學(xué)性能優(yōu)異的納米粒子是構(gòu)成微納傳感器檢測(cè)污染物的應(yīng)用基礎(chǔ),也是本文的重要研究對(duì)象。本文的主要研究工作如下:(1)通過文獻(xiàn)調(diào)研,介紹了貴金屬與電介質(zhì)、導(dǎo)體、半導(dǎo)體材料相結(jié)合的復(fù)合納米結(jié)構(gòu)的實(shí)用性和可仿真性,綜合復(fù)合結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)和傳統(tǒng)單一納米團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的研究,本文提出了非金屬納米橢球(X)與銀納米球的X@Ag復(fù)合結(jié)構(gòu),分別選取了常見有代表性的電介質(zhì)材料Al_2O_3、SiO_2,導(dǎo)體材料C(石墨烯)和半導(dǎo)體材料TiO_2作為非金屬納米橢球的材料,通過對(duì)不同尺寸的X@Ag復(fù)合結(jié)構(gòu)中改變Ag球位置、納米橢球縱橫比參數(shù)的仿真計(jì)算得到LSPR共振響應(yīng)最強(qiáng)對(duì)應(yīng)的最佳復(fù)合結(jié)構(gòu)幾何參數(shù),并通過電場(chǎng)圖局域增強(qiáng)的現(xiàn)象和成鍵雜化理論解釋了仿真得出的最優(yōu)幾何結(jié)構(gòu)的LSPR效應(yīng)機(jī)理,進(jìn)一步計(jì)算得到了不同材料納米橢球與銀球復(fù)合結(jié)構(gòu)在最佳尺寸下的消光能力對(duì)比和折射率靈敏度對(duì)比。(2)結(jié)合納米網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)重要的科研價(jià)值及銀納米小球在橢球兩端時(shí)有最強(qiáng)LSPR共振響應(yīng)的特點(diǎn),本文設(shè)計(jì)了由X@Ag復(fù)合結(jié)構(gòu)單體“端對(duì)端”組成的網(wǎng)狀陣列,Ag金屬球與非金屬納米橢球交替排列。通過對(duì)消光譜圖的計(jì)算和電場(chǎng)分布圖證實(shí)了X@Ag網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)具有較X@Ag復(fù)合結(jié)構(gòu)單體更強(qiáng)的LSPR共振強(qiáng)度和局域電磁場(chǎng)耦合增強(qiáng);通過進(jìn)一步的仿真計(jì)算對(duì)比得到同一納米粒子尺度下,X@Ag網(wǎng)狀陣列結(jié)構(gòu)的折射率靈敏度和消光強(qiáng)度均大于X@Ag復(fù)合結(jié)構(gòu)單體。即證實(shí)了X@Ag復(fù)合結(jié)構(gòu)單體組成網(wǎng)狀陣列能進(jìn)一步提升性能。本文計(jì)算的X@Ag納米粒子復(fù)合結(jié)構(gòu)具有單峰性和峰寬窄特性,折射率靈敏度和LSPR共振強(qiáng)度均有進(jìn)一步提高的空間,具備了開發(fā)成優(yōu)良微納傳感器并且在生化檢測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用的潛力。
【學(xué)位單位】：集美大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X736.3;X55
【部分圖文】：

發(fā)性碳?xì)浠衔�，由于其生物累積性、致癌性、極大關(guān)注。分析 PAHs 的脂溶性特征可知幾乎不的污染物可積累到有害的濃度，因此，早期檢證實(shí)了碗狀銀腔薄膜具有表面增強(qiáng)拉曼散射光水性高，親和性低的問題，該課題組引入了 1,硫醇的一個(gè)硫氫基能通過形成銀-S 共價(jià)結(jié)合鍵非極性化合物吸附，從而實(shí)現(xiàn)了有毒污染物多分子的另一個(gè)硫氫基可用于將沉積銀納米分子環(huán)芳烴/碗狀銀腔薄膜的薄膜多層結(jié)構(gòu)，并證實(shí)度地增強(qiáng)拉曼信號(hào)；通過調(diào)節(jié)碗狀銀腔薄膜的需要昂貴的儀器儀表，可延伸至其他非極化有貴金屬金表面等離子體共振特性開發(fā)了便攜式實(shí)現(xiàn)了環(huán)境水質(zhì)微囊藻毒素及海洋環(huán)境赤潮毒環(huán)境。同樣的將污染物吸附在表面增強(qiáng)拉曼散射

屬材料的表面等離子體共振相互耦合，這一特性能被傳感器敏染氣體的檢測(cè)與凈化。研究方面，隨著對(duì)納米材料研究的逐漸深入，科學(xué)界研究熱究發(fā)展到了現(xiàn)在多種材料復(fù)合結(jié)構(gòu)的研究當(dāng)中，并取得了較有代表性的結(jié)構(gòu)有三明治層狀結(jié)構(gòu)、核殼結(jié)構(gòu)或是其他比較的合理組合有利于發(fā)揮各納米材料之間優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短，多米粒子的傳感性能更加突出亦或是性能更加全面等的優(yōu)點(diǎn)，。2018年，劉曉宇等人在不同尺寸Au@Ag核殼納米粒子中殼納米粒子，實(shí)現(xiàn)了對(duì)羅丹明6G的微量檢測(cè)[27]。2016年，2多層復(fù)合結(jié)構(gòu)，并通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量證明了Ag/SiO2多層復(fù)合結(jié)，增強(qiáng)拉曼信號(hào)強(qiáng)度，避免復(fù)雜和不必要的化學(xué)修飾[28]。Zn引起可探測(cè)的電動(dòng)勢(shì)和電流的變化，這種性質(zhì)為PH值的檢測(cè)Hiba S. Rasheed等人設(shè)計(jì)ZnO/Ag/ZnO(ZAZ)三層納米微結(jié)構(gòu)定，在ZnO夾層中引入了Ag納米層能降低體系的電阻率，增30]。

可以分為兩種不同的類型：體內(nèi)等離子體激元和表面等離子體激元，表面等離子據(jù)分布幾何結(jié)構(gòu)不同又可分為兩種子類目：沿著平面表面?zhèn)鞑サ谋砻娴入x子體和米粒子有界物體彎曲表面處的局域等離子體。圖 2-1 展示了自由電子在三種不同的幾何結(jié)構(gòu)材料中，圍繞帶正電的原子核周圍模型：塊狀材料，納米薄膜和納米球體。當(dāng)光波入射時(shí)，三種不同的幾何結(jié)構(gòu)材三種不同的等離子體激元：塊狀材料內(nèi)部傳播體等離子體激元(圖 2-1(a))，它是子或價(jià)電子產(chǎn)生的縱波，體等離子激元現(xiàn)象包含了材料的固有屬性，,體等離子，半導(dǎo)體和絕緣體的內(nèi)部；薄膜材料(圖 2-1(b))能夠產(chǎn)生沿著表面?zhèn)鞑ケ砻娴入x，金屬薄膜有助于表面等離子體激元在薄金屬膜與真空或介質(zhì)交界面處傳播。單寸的粒子(圖 2-1(c))能夠形成局域表面等離子體激元，局域表面等離子體激元是于粒子表面與真空或媒介交界面處的駐波。上述的三種幾何結(jié)構(gòu)都能夠形成體等。表面等離子體激元既能夠平面表面?zhèn)鞑ビ帜軌蚓钟蛟趶澢谋砻�，同時(shí)，其能不同的介質(zhì)交界面，如真空，液體或固體。米氏理論用自由載流子集體振蕩與邊型解釋了表面等離子體激元現(xiàn)象。

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9 記者 張Z

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