表面增強拉曼散射（SERS）作為一種快速、靈敏、無損的檢測手段,可被廣泛應(yīng)用于毒品檢測、環(huán)境科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。SERS技術(shù)的發(fā)展離不開具有SERS活性的新型襯底材料的開發(fā)。隨著最早開發(fā)的貴金屬SERS襯底越來越多的缺點被暴露,半導(dǎo)體憑借著其種類豐富、能帶結(jié)構(gòu)可調(diào)、化學(xué)穩(wěn)定性佳、生物相容性好等眾多優(yōu)點,彌補了貴金屬襯底的不足并大大拓寬了SERS的應(yīng)用范圍。貴金屬襯底超敏的SERS性能主要來自于局域表面等離子體共振（LSPR）產(chǎn)生的電磁增強。但半導(dǎo)體襯底的SERS性能主要來源于化學(xué)增強,從而其SERS性能較弱。因此,本文工作的重點在于協(xié)同電磁增強機理（EM）和化學(xué)增強機理（CM）開發(fā)新型的半導(dǎo)體SERS襯底材料,通過在半導(dǎo)體上實現(xiàn)包括（1）電磁共振（包括LSPR和米氏共振）、（2）電荷轉(zhuǎn)移（CT）共振、（3）分子共振,這三種共振的表面協(xié)同共振效應(yīng),以獲得超敏的半導(dǎo)體SERS襯底。氫化手段有助于促進(jìn)TiO₂與探針分子間的電荷轉(zhuǎn)移并提高載流子濃度以實現(xiàn)可見光區(qū)的LSPR,最終在TiO₂表面協(xié)同實現(xiàn)EM和CM。本論文利用水熱法和固態(tài)氫化技術(shù)得到了氫... 

【文章來源】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所)上海市

【文章頁數(shù)】：170 頁

【學(xué)位級別】：博士

【部分圖文】：

拉曼散射和瑞利散射的能級圖

⑸?嗷プ饔玫玫皆?次增強，這個再次得到輻射增強的場可以表示為：ESERS=Mrad(λR)Escat=Mrad(λR)αELOC=αMloc(λ0)Mrad(λR)E0，從而位于納米顆粒附近的分子最終的SERS信號強度增強為ISERS∝|ESERS|2=|αMloc(λ0)Mrad(λR)|2E02。通常情況下Mrad與Mloc值相近，因此SERS信號的強度可以表示為ISERS∝α2Mloc4E02。對于特定的入射波長，場增強可以連續(xù)發(fā)生兩次，在每個階段電場以Mloc2增強，最終分子感受到的電場總的增強為Mloc4，因此SERS效應(yīng)會非常明顯。圖1.2SERS電磁增強機理示意圖Figure1.2TheschematicdiagramofSERSelectromagneticenhancement

新型半導(dǎo)體表面增強拉曼散射（SERS）襯底的制備及其表面協(xié)同共振效應(yīng)研究6中國科學(xué)院上海硅酸鹽研究所博士學(xué)位論文等離子體共振峰的位置。該小組還研究了Au納米棒長徑比對其LSPR峰位置的影響。如圖1.6所示，Au納米棒的消光光譜在525和880nm處出現(xiàn)兩個明顯的峰，它們分別對應(yīng)于Au納米棒的橫向LSPR和縱向LSPR。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，Au的形貌逐漸從具有較大長徑比的納米棒過渡到類似于球形顆粒的八面體，其縱向LSPR逐漸發(fā)生藍(lán)移，最終與橫向LSPR合并為一個LSPR峰[46]。局域表面等離子體共振并非只存在貴金屬SERS襯底表面，半導(dǎo)體也存在局域表面等離子體共振峰。但是，由于半導(dǎo)體特殊的能帶結(jié)構(gòu)，即富電子的價帶與缺電子的導(dǎo)帶，其LSPR峰通常落在真空紫外光區(qū)或遠(yuǎn)紅外光區(qū)，遠(yuǎn)離處在可見和近紅外光區(qū)的激光。因此，通常無法在可見光區(qū)觀察到LSPR對半導(dǎo)體的SERS做出貢獻(xiàn)。圖1.3金屬納米球的等離子體共振示意圖Figure1.3Schematicofplasmonoscillationforametalnanosphere圖1.4貴金屬Au、Ag和Cu表面等離子體共振峰位置[47]Figure1.4ThelocationofsurfaceplasmonresonancepeakofnoblemetalsAu,AgandCu[47]


本文編號：3094037