石墨烯微米带THz SPPs的激发及场分布特性研究

表面等离激元可以突破衍射极限,具有强局域性,在传感、起偏、吸收、分束等方面具有广泛的应用前景.目前,太赫兹波段的表面等离激元器件研究大多是在远场光谱方面,其近场特性的研究有待更进一步深入.本文基于石墨烯微米带结构,研究了太赫兹表面等离激元的激发及场分布特性.本文设计了能够通过太赫兹波激发表面等离激元的石墨烯微米带结构,数值计算了其表面等离激元的场分布,并制备了石墨烯微米带器件,利用透射式太赫兹近场显微镜激发并测量了石墨烯微米带的表面等离激元,对共振失谐对等离激元场分布的影响进行了探究.研究结果为石墨烯表面等离激元器件在太赫兹生物传感、安全检测、高数据率通信等方面的应用提供了相关指导.     

局域表面等离子体研究进展

阐述了局域表面等离子体特性,金属纳米粒子的常用制备方法,以及不同形状、尺寸等因素对局域表面等离子体光谱和灵敏度的影响,分析了表面增强拉曼散射的增强因子与金属纳米粒子的等离子共振波长和拉曼激发波长之间的关系,介绍了局域表面等离子体在生物传感方面的应用.     

局域表面等离子体研究进展

阐述了局域表面等离子体特性,金属纳米粒子的常用制备方法,以及不同形状、尺寸等因素对局域表面等离子体光谱和灵敏度的影响,分析了表面增强拉曼散射的增强因子与金属纳米粒子的等离子共振波长和拉曼激发波长之间的关系,介绍了局域表面等离子体在生物传感方面的应用.     

基于纳米颗粒阵列与法布里-珀罗干涉结构的超灵敏传感器设计

当前的等离激元传感主要基于表面等离极化激元和局域表面等离激元共振两种模式.然而基于表面等离极化激元的传感需要精确的入射角度及多种光学元器件的配合方能使用;而基于局域表面等离激元共振的传感由于共振线宽较宽导致其灵敏度和品质因数(figure of merit,FOM)不够高.设计了一种基于纳米颗粒/间隔层/反射层结构的具有超高灵敏度和FOM的折射率传感器.由于表面等离激元晶格模式与局域表面等离激元共振以及法布里-珀罗干涉的相互作用,器件的反射光谱具有一个超窄反射峰.利用这个反射峰实现传感,其灵敏度达到500 nm/RIU,FOM达到625.进一步分析表明,此传感器在不同结构与激发参数下都具有很好的传感灵敏度.该研究结果对高灵敏等离激元传感器设计具有重要参考意义.     

等离激元/介质微纳结构与光的互作用及其传感应用

微纳米尺度物质与光的相互作用研究对于光电转换、生物传感等领域的发展具有重要的科学意义.基于等离激元效应和介质光耦合机理增强光和物质相互作用的微纳光学研究涌现出众多优秀科研成果,在分子传感领域更是展现出巨大的应用潜力.本文重点围绕本课题组近年来在等离激元/介质微纳结构与光的互作用方面的相关理论与实验研究展开回顾分析,揭示了采用不同电磁机制增强光与微观物质相互作用的物理内涵,论述了微纳结构光学设计的新思路和新方法,阐明了在微纳光学分子传感应用上的科研思想和探索成果.最后,展望了微纳光传感的研究发展方向和实际应用前景.     

罗丹明6G在多孔硅-银粒子复合基底上的表面增强拉曼散射

多孔硅与货币金属(Au、Ag、Cu)的复合材料在表面增强拉曼光谱领域有很大的应用前景。本文采用恒电流电解法分别制备了具有均匀纳米孔洞的低阻多孔硅和具有多层次微纳米结构的高阻多孔硅，并开发了一种将铈掺杂进入银胶体中形成铈掺杂的银纳米粒子的方法。作为固态SERS基底的一种制备方式，将银颗粒在多孔硅表面固定化，获得了具有很强选择性的复合基底。以罗丹明6G(Rhodamine 6G, R6G)作为探针分子的拉曼测试表明：多孔硅-银粒子复合基底对较大拉曼位移的拉曼峰(1 590 cm^-1)更加敏感，铈掺杂则进一步增强1 360 cm^-1处的拉曼峰；且复合基底能够检测到10^-9 mol/L浓度的R6G。     

不对称纳米环/椭球二聚体的高阶表面等离激元共振特性

基于三维有限元法,研究了不对称纳米环/椭球二聚体的表面等离激元共振和局域场增强光学特性。结果可得可调的高阶表面等离激元共振,这样的高阶共振源于纳米环和纳米椭球之间的等离激元耦合。同时,在两个纳米结构耦合下,在纳米椭球上可以观察到环形电流,其产生了增强的局域电磁场。数值模拟结果表明,纳米环/椭球二聚体的偏心方向和偏心率对表面等离激元共振有着重要的影响。此结果在表面增强光谱学和生物传感方面都有着潜在的应用。     

Ag@Au双金属纳米颗粒的制备和表征

采用种子生长法制备了银纳米颗粒,通过电置换反应将单金属银颗粒转变为中空金银双金属纳米颗粒.电镜表征及吸收光谱的结果表明,通过控制种子溶液的加入量、超声时间和离心次数等条件,能够有效调控金属纳米颗粒的尺寸以及局域表面等离激元的共振峰位与目标分子匹配;进而可以利用配体交换反应在金属纳米颗粒表面包裹TDBC分子薄膜,实现表面等离激元-分子激子的强耦合.     

超平整、低损耗表面等离激元贵金属薄膜的制备、表征与应用

由于对电磁场巨大的局域化共振增强和调控作用,表面等离激元自发现之初就成为微纳光学领域的研究热点之一,在很多纳米尺度器件应用方面颇具潜力.然而,长期以来表面等离激元的实际应用受到样品制备技术的显著限制,超平整、低损耗贵金属薄膜的低成本制备技术的缺乏不仅阻碍了其实验研究的进展,更限制了表面等离激元材料在多个领域内的应用发展.随着各项制备和表征技术的发展,贵金属薄膜的平整度和光学特性逐渐从理论期望走向实际使用,从随机制备后选取逐步变为精确调控的薄膜生长.本文从制备、表征和应用三个方面出发,系统地介绍了当前贵金属超平整表面等离激元薄膜的研究进展与前沿应用.     

稀土元素在Ag-BaO光电薄膜中的作用

根据光电阴极的固溶胶理论,结合实验结果对稀土元素在Ag-BaO薄膜中的作用及其对光电发射性能的影响进行了分析。结果表明,增强光吸收和改善光电子输运条件是提高Ag-BaO薄膜光电发射电流的两个因素,而Ag纳米粒子的粒度对这两个因素都有重要影响。由于金属纳米粒子的光吸收是表面等离子激元的吸收,稀土元素在Ag-BaO薄膜中对Ag纳米粒子的细化,球化和密集的作用,使纳米粒子总表面增大,有利于增强薄膜的光吸收能力。Ag纳米粒子的细化还能够增大等效洛仑兹振子能量,降低金属微粒与半导体等效界面位垒,改善光电子输运条件,因而稀土元素在Ag-BaO薄膜中可以起到提高Ag-BaO薄膜的光电发射性能的作用。     

Deposition of bio-mimicking graphene sheets with lotus leaf-like and cell-like structures on the nickel substrate

Bio-mimicking graphene films,deposited on textured nickel substrates,were synthesized by the following method:replicating the surface textures of the lotus leaf by polymer duplication,fabricating textured nickel substrates by electroplating on the polymer coated with a Au film,preparing bio-mimicking graphene oxide films on the nickel substrates by vacuum filtration,and electrochemical reduction.By controlling the vacuum filtration,this replica method can not only replicate the lotus leaf structure by a graphene film,but also can achieve a novel cell-like graphene film.     

表面增强拉曼散射基底及机理的研究进展

主要介绍了不同表面拉曼增强基底的发展历程,包括金属溶胶、金属颗粒附着的固体基底及以石墨烯为代表的碳基材料基底,并对其背后机制进行了完整的介绍.结合相关背景分析了未来表面拉曼增强研究的趋势.     

有序金纳米阵列的可控制备及其表面增强拉曼光谱

介绍了一种大面积规则有序、结构可控、灵敏度高、稳定性良好、制备方法简单且易操作的表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering, SERS) 活性基底. 以阳极氧化铝(anodic aluminum oxide, AAO) 模板一次氧化后形成的有序凹坑阵列为模板, 采用真空镀膜技术, 制备了有序的金纳米帽阵列SERS 活性基底, 并以罗丹明6G (Rhodamine 6G , R6G) 为探针分子, 测试和分析了该SERS 活性基底的表面增强拉曼光谱的特性. 结果表明, 这种SERS 活性基底对罗丹明6G 的拉曼散射信号可达到10⁷, 具有较好的增强作用. 该纳米帽阵列结构在1 363 cm⁻¹处的增强效果是相同厚度的普通金膜的7 倍, 且稳定性良好, 并且在放置6 个月之后, 其增强效果基本不变, 可用于化学物质和生物分子的痕量分析.     

从废旧DVD光盘到电化学方法可控的SERS基底

表面增强拉曼散射（SERS）光谱是一种高灵敏的检测技术，但制备高活性和低成本的SERS基底仍然是一大挑战.采用低成本的商业数字视频光盘（DVD）作为载体，用电化学技术原位合成金-银（Ag-Au）复合纳米结构作为SERS基底.通过电化学粗糙化技术，无需添加硝酸银（AgNO₃）和四氯金酸（HAuCl₄）前驱体溶液，就可以在DVD光盘上的沟槽状金银反射层表面上得到Ag-Au轨道团簇形态.经过一系列表征和优化，研究了Ag-Au复合纳米结构的SERS性能.结果表明：这种DVD衍生的SERS基底对不同的拉曼探针分子均表现出优异的增强性能、高均匀性（相对标准偏差（RSD）为7.88％）和出色的稳定性.这种简便高效的制备方法以及较高的SERS活性，使得DVD衍生的SERS基底成为开发便捷和一次性传感平台的较佳选择.     

氧化石墨烯-金纳米粒子复合物的表面增强拉曼活性特性

通过水热法合成了氧化石墨烯-金纳米粒子复合物,利用透射电镜和紫外光谱对其进行表面特征和吸收特征分析,并以结晶紫为探针分子,利用拉曼技术分析其拉曼活性。研究结果表明,实验得到的氧化石墨烯-金纳米粒子复合物可以成功检测到10^-4 mol/L的结晶紫溶液,具有良好的拉曼活性。     

金属纳米颗粒／微纳结构金属膜增强拉曼研究进展

被称为“指纹谱”的分子拉曼谱及拉曼散射成像在生物及化学单分子识别领域具有重要应用。问题的关键是分子的拉曼散射截面小,利用金属纳米颗粒（LSP）局域场增强特性及其与金属膜（SPP）相互作用可产生比 LSP （ SPP）更强的局域场及尖角结构金属纳米颗粒的“热点天线”效应,可实现单分子拉曼信号的激发与辐射双共振增强效应。本文综述有关金属纳米颗粒和微纳结构金属膜相耦合增强分子拉曼信号的研究进展。     

Gate-tuning of graphene plasmons revealed by infrared nano-imaging

Surface plasmons are collective oscillations of electrons in metals or semiconductors that enable confinement and control of electromagnetic energy at subwavelength scales. Rapid progress in plasmonics has largely relied on advances in device nano-fabrication, whereas less attention has been paid to the tunable properties of plasmonic media. One such medium--graphene--is amenable to convenient tuning of its electronic and optical properties by varying the applied voltage. Here, using infrared nano-imaging, we show that common graphene/SiO(2)/Si back-gated structures support propagating surface plasmons. The wavelength of graphene plasmons is of the order of 200 nanometres at technologically relevant infrared frequencies, and they can propagate several times this distance. We have succeeded in altering both the amplitude and the wavelength of these plasmons by varying the gate voltage. Using plasmon interferometry, we investigated losses in graphene by exploring real-space profiles of plasmon standing waves formed between the tip of our nano-probe and the edges of the samples. Plasmon dissipation quantified through this analysis is linked to the exotic electrodynamics of graphene. Standard plasmonic figures of merit of our tunable graphene devices surpass those of common metal-based structures.     

One-step uniform growth of magnesium hydride nanoparticles on graphene

A simple solvent-free method to synthesize MgH2 nanoparticles (MgH2 NPs) uniformly grown on graphene nanosheets (GNs) has been reported in this paper. Based on the formation of MgH2 by di-n-butylmagnesium ((C4H9)2Mg) thermal decomposition under hydrogen pressure, the GNs were added as matrix to hinder the agglomeration and growing of MgH2 NPs. The fabricated MgH2/GNs nanocomposites, in which MgH2 NPs were homogenously growing in the graphene matrix, have been synthesized by the favorable adsorption energy between (C4H9)2Mg and GNs. Resulting from the one-step solvent-free route, the generated MgH2 NPs shows high hydrogen capacity and steady hydriding and dehydriding properties, without the interference of the synthetic medium. At the same time, the size of the fabricated MgH2 NPs can be controlled by adjusting the mass ratio of MgH2 to graphene, the various hydrogen pressure and temperature. Attributed to smaller size effect, well uniform distribution of high density MgH2 NPs, and the agglomeration blocking ability of graphene, the MgH2/GNs-40 wt% exhibits the favorite hydrogen storage performance.     

Growth of graphene from solid carbon sources

Monolayer graphene was first obtained as a transferable material in 2004 and has stimulated intense activity among physicists, chemists and material scientists. Much research has been focused on developing routes for obtaining large sheets of monolayer or bilayer graphene. This has been recently achieved by chemical vapour deposition (CVD) of CH(4) or C(2)H(2) gases on copper or nickel substrates. But CVD is limited to the use of gaseous raw materials, making it difficult to apply the technology to a wider variety of potential feedstocks. Here we demonstrate that large area, high-quality graphene with controllable thickness can be grown from different solid carbon sources-such as polymer films or small molecules-deposited on a metal catalyst substrate at temperatures as low as 800?°C. Both pristine graphene and doped graphene were grown with this one-step process using the same experimental set-up.     

模板法制备银纳米点阵活性基底及其用于葡萄糖的高灵敏检测

介绍了基于超薄氧化铝模板(ultra-thin alumina mask, UTAM)制备的金属银纳米点阵表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering, SERS)活性基底用于葡萄糖的高灵敏检测方法. 以UTAM为模板, 采用真空镀膜制备了大面积高度有序的银纳米点阵活性基底. 该基底的表面经过预处理, 吸附了一层癸硫醇/巯基己醇自组装分子层, 可用于检测葡萄糖. 研究结果表明, 该基底使葡萄糖分子的表面拉曼增强信号得到极大增强, 且增强信号均一稳定、检测灵敏, 特征峰的强度相对标准偏差小于10%. 该制备方法具有易操作、成本低的特点.