本文關(guān)鍵詞：基于貴金屬納米顆粒流體的折射率傳感特性研究

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【摘要】：近年來,基于貴金屬納米顆粒局域表面等離激元共振(LSPR)的折射率傳感一直是人們研究的熱點(diǎn)。這是因?yàn)橘F金屬納米顆粒具有獨(dú)特的光學(xué)特性,金屬顆粒的局域表面等離激元共振產(chǎn)生時有明顯的電磁場增強(qiáng),其共振峰不僅對周圍環(huán)境折射率變化非常敏感,而且通過調(diào)整納米顆粒的材料、形狀和尺寸,共振峰的強(qiáng)度和位置也會發(fā)生相應(yīng)變化,可實(shí)現(xiàn)在納米尺度上對光進(jìn)行操控。因此,貴金屬納米顆粒常用于高靈敏度傳感領(lǐng)域,對醫(yī)療診斷、食品安全、生物分子及重金屬離子的定量檢測具有非常重要的意義。與傳統(tǒng)的折射傳感方案相比,基于金屬納米顆粒局域表面等離激元共振的傳感器具有更好的特性。例如,貴金屬納米顆粒局域表面等離激元共振對周圍介質(zhì)折射率變化非常敏感,能有效提高折射率傳感靈敏度,同時金屬納米顆粒由于小體積效應(yīng),與物質(zhì)分子相互作用時,納米顆粒周圍產(chǎn)生很強(qiáng)的光信號。然而,貴金屬納米顆粒自身具有很強(qiáng)的輻射和非輻射衰減,導(dǎo)致產(chǎn)生的局域表面等離激元共振光譜線寬很大,不利于進(jìn)一步提高傳感器的品質(zhì)因數(shù)。為解決以上問題,我們提出了一種基于貴金屬納米顆粒流體透明窗口的折射率傳感方案。本論文中,我們采用種子生長法制備不同長徑比的金納米棒和金核銀殼納米棒,根據(jù)不同金屬納米顆粒的共振峰位預(yù)設(shè)透明窗口,通過改變納米顆粒膠體溶液的濃度調(diào)整透明窗口峰位及半高寬,以提高折射率傳感靈敏度。實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)了上述金屬納米顆粒流體,在300-1200 nm范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)了寬帶吸收,只在特定波段出現(xiàn)一個較窄的透明窗口(?150nm),并且可以對峰位及半高寬進(jìn)行調(diào)控。采用時域有限差分法的計算結(jié)果表明,當(dāng)增大外界環(huán)境折射率,透明窗口能夠產(chǎn)生較大的紅移,在透射強(qiáng)度約為20%的條件下,其折射率靈敏度達(dá)到452 nm/RIU,品質(zhì)因數(shù)FOM可達(dá)6.7。此外,我們設(shè)計了一種由銀矩形納米環(huán)和硅納米盤構(gòu)成的金屬/電介質(zhì)雜化體系,硅納米盤的Anapole模式與銀納米環(huán)多極共振模式之間相互耦合可產(chǎn)生雙重Fano共振效應(yīng),從而有效抑制體系輻射損耗,獲得線寬約為13nm的精細(xì)光譜,有利于提高傳感靈敏度和品質(zhì)因數(shù)。
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TB383.1;TP212

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本文編號：1262642