單分子示蹤、計算、化學結(jié)構(gòu)表征以及結(jié)構(gòu)變化監(jiān)測,對于基礎和應用研究都具有深遠意義。最早用于單分子檢測的技術(shù)是激光誘導熒光光譜,但通過該光譜能夠獲得的分子結(jié)構(gòu)信息有限,且測量往往受制于特殊環(huán)境。表面增強拉曼光譜（Surface-enhanced Raman Spectroscopy,SERS）是一種新興的分析技術(shù)手段,不僅沿襲了傳統(tǒng)拉曼光譜的分子指紋識別特異性、高分辨率、無破壞性、可原位檢測等優(yōu)點,還具有超高靈敏度、高選擇性等諸多優(yōu)異性能,能夠同時實現(xiàn)單分子檢測及分子識別。自該技術(shù)發(fā)現(xiàn)以來,就被廣泛應用到界面與表面化學、生物醫(yī)學、環(huán)境檢測、食品安全等各個領(lǐng)域。發(fā)展單分子SERS技術(shù)面臨的首要挑戰(zhàn),是如何制備出同時具備高靈敏性、高可重復性、均勻性、高性價比的基底。其次,在超低濃度的溶液環(huán)境下,分子在基底表面存在擴散、吸附和脫附現(xiàn)象,對測量微區(qū)內(nèi)的信號波動影響巨大,研究基底表面的分子動力過程及光譜相關(guān)性,是實現(xiàn)單分子操縱和實時監(jiān)測的基礎�；诖�,本文首先介紹了多種基于模板法制備的新型多層復合納米結(jié)構(gòu),實現(xiàn)了基底SERS性能與單分子檢測可重復性的不斷提升,并通過Monte Carlo方法建立了... 

【文章來源】：西北大學陜西省 211工程院校

【文章頁數(shù)】：112 頁

【學位級別】：博士

【部分圖文】：

拉曼散射的原理

西北大學博士學位論文6圖2局域表面等離子體共振模型：（a）表面等離子體傳播的局域性；（b）表面等離子體共振示意圖；（c）金納米顆�；妆砻娴奈椒肿铀庪妶鍪疽鈭D以單個金納米顆粒作為活性基底為例，如圖2（c）所示，當電場強度為0E的入射光照射到金納米顆粒表面，激發(fā)場強為spE的表面等離子體，此時分子被吸附在基底表面，與金納米顆粒的間距為d，則吸附分子所處位點的場強E可表示為：030300()1(1)()2()spEEErErd=+=+++（1.1）當()與0滿足以下關(guān)系時：0Re(())=2（1.2）E達到最大值，此時被測分子所處位置的電磁場被大幅增強，拉曼散射強度亦被局域增強電場進一步放大。等式（1.2）即為表面等離子體共振條件，即當金屬納米顆粒處于光電場中時，如果入射光的頻率和電子的集體振蕩頻率相等，并且滿足能量和動量條件，表面等離子體和入射光會產(chǎn)生共振，得到巨大的局域電場增強。因此，在SERS測量時，吸附在熱點區(qū)域的目標分子可以散射出的信號強度超過傳統(tǒng)拉曼多個

西北大學博士學位論文12圖3在810納米激光激發(fā)下，用FEM方法計算得到的AFM銀納米針尖與單個銀納米顆粒之間產(chǎn)生的場增強：（a）激光從大尺寸銀納米顆粒（80nm）底部照射下產(chǎn)生的電場分布（針尖與納米顆粒間隙為2nm）；（b）激光從大尺寸銀納米顆粒（80nm）側(cè)面照射產(chǎn)生的電場分布；（c）-（f）激光從小尺寸銀納米顆粒（10nm）側(cè)面照射產(chǎn)生的電場分布，針尖與納米顆粒間隙分別為0、1、3和15nm；（g）場增強效應與針尖和納米顆粒間隙之間的依賴關(guān)系[56]FIT最早由Weiland教授于1977年提出，目前發(fā)展較為完善，可用于解決多種電磁場問題[61]。有限積分法的基本思想是，首先將所需計算的有限宏觀區(qū)域分割為有限個小網(wǎng)格單元，分割后的網(wǎng)格系統(tǒng)為兩套相互嵌套、相互正交的基網(wǎng)格和伴隨網(wǎng)格[60]。積分形式的麥克斯韋方程組如下：{∮=∫+∫∮=∫∮=0∮=∫（1.8）式中，和為電場和磁場，為磁通量，和為位移電流和傳導電流。對于麥克斯韋方程組中兩個旋度方程和兩個散度方程，在所有基網(wǎng)格面上的離散過程可寫成矩陣形式。將、和分別用矩陣形式表示為、和，在基網(wǎng)格和伴隨網(wǎng)格中定義稱之為離散旋度算子的矩陣和，以及稱之為離散散度算子的矩陣和，則、的矩陣形式可表示為和，其中和為電壓和磁壓。然后將式（1.8）離散化，得到網(wǎng)格中矩陣形式的麥克斯韋方程組如下：


本文編號：3374127