光纤表面等离子体共振传感器敏感膜的仿真研究

为了研究光纤表面等离子体共振传感器的传感特性,利用TFCalc软件仿真研究光纤表面等离子体共振(SPR)传感器的反射光谱特性,分别考查敏感膜为Au膜、Ag膜、Al膜和Cu膜对反射光谱特性的影响。仿真结果表明,Au膜和Ag膜有较高的灵敏度,Al膜和Cu膜厚度分别在10 nm和30 nm有较明显的共振现象。     

双金属层表面等离子体共振传感器品质因子的研究

基于光学薄膜理论,研究了银-金双金属层表面等离子体共振(SPR)传感器品质因子的特征。 首先,通过共振角处最低反射率的计算得到了双金属层的最佳厚度配比;其次,研究了最佳厚度配比下双金属层 SPR 传感器的线宽、灵敏度以及品质因子的特征。 研究结果表明,随着双金属层中银膜厚度的增加(或金膜厚度的减小),传感 器的灵敏度和线宽均减小,而传感器的品质因子增大。 当双金属层 SPR 传感器中金膜厚度减小至 0 nm 时(单层银膜 SPR 传感器),传感器的品质因子达到最大值 96.35 RIU-1 。     

多层聚合物膜系高灵敏度表面等离子体共振传感理论研究

基于光学Kretschmann棱镜结构,建立了表面等离子体共振(SPR)传感器模型并进行了模拟计算,得到了基于聚乙烯和聚丙烯酸的多层膜系的SPR传感器共振光谱中共振波长随共振角度的演化.模拟分析表明,聚合物的厚度增加导致共振峰的红移,最佳厚度为100nm左右;聚合物薄膜可实现SPR共振峰的可控的红移和传感检测,聚乙烯相对于聚丙烯酸有较高分辨率;金纳米颗粒具有增强表面等离子体共振信号的作用,共振波长因其填充因子的增大而发生红移现象,半峰宽明显变宽,填充因子最佳值为0.2.     

光激发表面等离子体波反射系数在复平面的轨迹

为了更好的理解相位型、偏振型及调制型表面等离子体波共振(SPR)传感器的工作原理和性能,采用光的电磁理论对光激发表面等离子体波时光的反射系数rp在复平面的轨迹进行了分析与研究。研究表明rp在复平面的轨迹近似在一个圆周上,从这个轨迹圆不仅可以得到反射系数的模rp和辐角φp的特性,而且可以得到rp.(φp/α)近似为一个常数的特性。这些特性非常直观地表示了相位型、偏振型及调制型SPR传感器的原理与性能,有利于SPR传感器的研究。     

用于硝酸根浓度测量的反射式光纤SPR传感器

提出一种反射式光纤表面等离子体共振(surface plasmon resonance, SPR)传感器用来测量硝酸根浓度.传感器采用反射式结构,并利用金膜来激发SPR.制备铜纳米粒子/碳纳米管(copper-nanoparticles/carbon-nanotube, Cu-NPs/CNT)膜作为硝酸根浓度测量的敏感膜.当溶液中硝酸根浓度发生变化时,吸附在CNT上的由铜催化产生的氨气的浓度也会随之改变,导致CNT折射率发生改变,从而使SPR谐振波谷发生移动,进而实现硝酸根浓度测量.实验结果显示该传感器在低浓度区间内的平均灵敏度达到了14.14nm/lg［c/(mol·L^-1)］.这种传感器易于封装,可以应用于远距离测量,将在生物化学参量测量方面有着潜在应用.     

不同调制周期对TiN/Ag多层膜结构与性能的影响

为研究不同调制周期对TiN/Ag多层膜结构和性能的影响,采用电弧离子镀技术在Si(100)、不锈钢和高速钢基底表面沉积TiN/Ag多层膜.利用扫描电子显微镜(SEM)、X线衍射仪(XRD)、XP-2台阶仪、维氏硬度计和摩擦磨损仪研究不同调制周期对TiN/Ag多层膜表面形貌、微观结构、厚度、显微硬度和摩擦系数的影响,并采用大肠杆菌实验对多层膜的抗菌性能进行研究.结果表明:TiN/Ag多层膜为面心立方结构,膜层由TiN和Ag交替组成,不存在其他杂相,多层膜具有TiN(111)晶面和Ag(111)晶面择优生长;随着调制周期的减小,多层膜表面更加平整、光滑,硬度逐渐增大,最大达到1 150.5 HV,摩擦系数先增大后减小,最小为0.189,抗菌性能逐渐减弱.     

聚合物棱镜耦合SPR芯片的研究

为了开发用于生物医学和化学检测的小型化表面等离子体谐振分析芯片,采用了体硅工艺和聚合复制工艺,研制出聚合物棱镜与耦合玻璃层的SPR芯片及微流体沟道.在理论上分析了聚合物折射率、耦合玻璃层的折射率和厚度、金膜厚度及光学干涉对SPR曲线的影响,分析表明聚合物与耦合玻璃层的折射度差值是影响SPR曲线的主要因素.在波长650 nm,金膜厚度为50 nm时,采用角度调制的方式,测试以水和空气为介质的SPR曲线,测试结果与理论分析很相近.     

可应用于四结砷化镓太阳电池的ZnS/MgF_2/SiO_2减反射膜的结构设计

在采用磁控溅射方法分别制备单层ZnS、MgF_2、SiO_2薄膜及表征其折射率基础上,以折射率逐渐减小的三层结构(HML结构)思想,采用TFC光学薄膜软件,设计并模拟了可用于四结砷化镓(GaInP/GaAs/GaInAs/GaInAs)太阳电池的三层ZnS/MgF_2/SiO_2减反射膜系.并分析模拟了窗口层厚度、各膜层厚度和折射率以及光入射角对有效反射率的影响.结果表明:窗口层厚度、SiO_2的折射率和ZnS膜层厚度对有效反射率R_e的影响最为显著;在350~1 800nm宽波段,当窗口层厚度为83nm,膜系厚度分别为57nm、37nm和88nm,且光入射角为0°时,有效反射率Re最小可达3.38%.     

SiO_2/Ag/SiO_2/Au多层纳米壳中的法诺共振现象

利用等离子体杂化理论解释了SiO2/Ag/SiO2/Au多层纳米壳的法诺共振现象,并利用有限元方法系统地研究了其消光特性。结果表明:具有对称性的多层纳米壳结构可以实现法诺共振。进一步证实了SiO2/Ag/SiO2/Au多层纳米壳的法诺共振是由其内球壳和外球壳的偶极-偶极耦合杂化产生。通过选择合适的几何参数,SiO2/Ag/SiO2/Au多层纳米壳法诺共振的位置可以调谐至600~900nm。     

透紫外隔热银基复合多层膜的结构设计和光学性能

综合分析材料的能带结构及内光电效应,利用金属膜诱导透射定理设计并制备了几种透紫外隔热纳米多层膜.该多层膜系具有较高的近紫外透过率和优异的红外反射性能,在紫外固化的应用峰值365 nm处透射率高达80%,而对于波长在1 600 nm的红外波段反射率超过了90%,可用于紫外固化中有害热量的防护,提高固化质量.采用传统的真空蒸镀工艺获得较好膜层质量,膜系采用非晶TiO2与金属Ag交替生成TiO2/Ag/TiO2三明治结构.对比分析了膜层结构对其光学性能的影响,并利用变角椭圆偏振仪(VASE)分析了多层膜的界面。结果表明,Ag/TiO2界面明晰,无过渡层和界面反应层.     

GaN基LED中Ag/ITO复合膜的光电性能研究

制备含有不同厚度Ag(0.5、2、4nm)的Ag/ITO多层膜沉积在以蓝宝石为衬底的外延片上并与P-GaN相接触,经过一定的退火处理。研究了Ag厚度、退火温度、退火时间对Ag/ITO多层膜的透过率、方块电阻和接触电阻率的影响。得出这种光电性能优良的Ag/ITO膜作为P型透明电极应用于大功率LED有广阔的前景。     

Ag/石墨烯复合涂层的制备及抗菌性能

首先用改进的Hummers法制备氧化石墨烯（GO）; 其次用原位还原法将银氨溶液中的Ag纳米粒子通过还原剂葡萄糖和GO复合, 获得Ag/GO胶体; 最后在真空干燥条件下得到Ag/GO涂层, 并用真空阶梯热还原技术制备Ag/还原氧化石墨烯(rGO)涂层. 利用X射线衍射、 扫描电子显微镜、 透射电子显微镜等方法对膜样品结构形貌进行表征, 并用润湿角测量仪和抑菌环方法分别检测样品的亲/疏水性和抗菌性能. 实验结果表明: 石墨烯基膜材料与基底结合较好, Ag纳米粒子在石墨烯片层间呈球形均匀分布, 粒径为20~50 nm; 纯GO和rGO膜表面未见菌落, 大肠杆菌与金黄色葡萄球菌均未出现有效抑菌环; 复合Ag纳米粒子后, 涂层的抑菌效果得到显著提高; 与Ag/GO复合膜相比, Ag/rGO复合膜呈更强的抗菌活性, 即低温退火有助于提高石墨烯基复合涂层的抗菌性能.     

基于相位检测SPR生物传感器的数值模拟

为了得到基于相位检测的表面等离子体共振(SPR)生物传感器的高检测精度,建立了这种传感器的5层膜结构的数学模型,利用Matlab系统地进行了耦联层、传感层等对所检测相位变化影响的数值模拟,确定了一组优化参数。模拟结果表明,相位检测对传感层的折射率具有选择性。获得较高的分辨率的条件是:耦联层厚度应小于150nm,优选值是50nm;不生成传感亚层时,传感基层的厚度应控制在200nm左右;当生成传感亚层时,传感层(包括基层和亚层)的总体厚度须根据反应物分子的特异性系统考虑。     

磁控溅射制备Ag/TiO2复合薄膜的光催化降解性能

为了提高TiO2薄膜的光催化效率,利用中频交流磁控溅射技术,采用Ti和Ag金属靶制备了Ag/TiO2复合薄膜.利用X射线光电子能谱、 X射线衍射和扫描电子显微镜分析了复合薄膜的成分、结构和表面形貌,并研究了其光催化降解性能.结果发现: Ag在厚度较薄时以聚集颗粒形式存在; 在Ag膜厚度为15 nm时, Ag/TiO2复合薄膜与TiO2薄膜相比其光催化效率可提高2倍; Ag/TiO2复合薄膜对亚甲基蓝的光催化降解效率与复合薄膜的透射率均随Ag膜厚度增加逐渐下降,其原因是Ag膜厚度不断增加,最终完全覆盖TiO2薄膜表面,阻挡了TiO2薄膜与污染物的有效接触, Ag作为光生电子捕获剂的有利影响消失.     

运用有效介质理论研究Au/AAO纳米复合结构的光学特性

运用Maxwell-Garnett(M-G)有效介质理论模拟了Au/阳极氧化铝(AAO)纳米有序阵列复合结构在200~2 500 nm波段内的光学常数,并研究了300~1 000 nm波段Au组分的体积分数及长径比对Au/AAO复合结构的光学常数n和k的影响.结果表明,Au组分的体积分数和长径比对Au/AAO复合结构的光学常数有较强的调制作用.同时发现,Au组分体积分数对Au/AAO复合结构吸收、反射特性有较大影响.     

SiO_2/Ag/SiO_2三层结构制备及其SERS性能的研究

利用磁控溅射技术在二维聚苯乙烯胶体球模板上制备SiO_2/Ag/SiO_2三层纳米结构.以4-巯基苯甲酸(MBA)为探针分子,对基底的SERS活性进行检测.在SiO_2/Ag/SiO_2三层纳米结构中,随着Ag层厚度的增加,SERS信号逐渐增强.当Ag的厚度为100 nm时,在514.5 nm的激发波长下发生共振能量转移,SERS增强效果最好,增强因子达到106.SiO_2/Ag/SiO_2三层纳米结构具有有序度高、结构稳定等优点,而且制备工艺简单,在高灵敏度检测方面具有潜在的应用价值.     

光纤表面等离子体共振传感器Al膜氧化的仿真研究

为了研究光纤表面等离子体共振传感器的传感特性,利用TFCalc软件仿真研究光纤表面等离子体共振(SPR)传感器的反射光谱特性。考查了敏感膜为Al膜及被氧化的Al膜对反射光谱特性的影响。仿真结果表明,Al膜的被氧化程度对反射光谱的影响较大,对光纤表面等离子体共振传感器的灵敏度影响也较大。     

基于金银复合膜的光子晶体光纤表面等离子体共振传感器

为了优化基于D型光子晶体光纤单层金属膜折射率传感器的性能,提出了一种基于金银复合膜的D型光子晶体光纤表面等离子体共振(PCF-SPR)效应传感器.该传感器具有结构简单、灵敏度高、能有效减少银的氧化、半高宽窄等优点.利用有限元法对所提出的传感器结构进行了模态分析,以评估该传感器的各项参数.仿真结果表明:在纤芯小空气孔直径...     

TiB_2/Si_3N_4纳米多层膜的制备及其结构和性能分析

利用超高真空离子束辅助沉积(IBAD)系统,在225℃条件下,制备一系列TiB2/Si3N4纳米多层膜,通过X射线衍射(XRD)仪、表面轮廓仪、原子力显微镜(AFM)和纳米力学测试系统分析该体系合成中调制比对多层膜结构和机械性能的影响.结果表明:一定条件下制备的多层膜其纳米硬度值高于两种个体材料混合相的硬度值;当调制比为15∶1,调制周期为(13±1)nm时,结晶出现多元化,多层膜体系的硬度、应力、弹性模量和膜基结合性能均达到最佳.多层膜机械性能的明显改善与其多层结构和多晶结构存在直接联系.实验证明通过选择合适的个体层材料、厚度以及调制比等条件,制备具有高硬度、低应力和良好膜基结合力的纳米多层膜是可以实现的.     

四结GaAs太阳电池宽带减反射膜的设计与分析

提出了一种可应用于四结GaAs太阳电池的理想减反射膜结构,经计算得出,当窗口层(AlInP)厚度为48.63 nm,三层减反射膜折射率和厚度分别为2.28、1.74、1.32和63.60、83.33、109.85 nm时减反射效果最佳.由TFCalc软件模拟出的反射谱表明,使用该三层减反膜的四结GaAs太阳电池在350-1 800 nm宽光谱范围内可获得1.82%的平均反射率.同时,分析了各膜层折射率和厚度对膜系减反射性能的影响.