数值模拟单个金纳米棒的吸收和散射特性

利用时域有限差分的方法,数值模拟了单个金纳米棒的吸收、散射和消光特性,比较了在相同长径比,不同长轴金纳米棒的吸收和散射效率。数值计算结果表明:金纳米棒的散射效率会随着金纳米棒的几何尺寸的增大而逐渐增强,并且其散射谱的半高宽也随之变宽;与之相反的是,金纳米棒对入射光的吸收效率随金纳米棒体积的增大却呈现出先增加后减小的变化规律。数值模拟结果将为金纳米棒在太阳能电池光俘获方面的应用提供有益的理论参考。     

基于暗场成像的LSPR传感器对铜离子的高灵敏度检测研究

以具有局域表面等离子共振特性的金纳米棒作为检测探针,以暗场显微镜作为光学信息检测手段,通过自组装方法在玻璃基片上固定金纳米棒,并在金纳米棒上修饰半胱氨酸分子,利用半胱氨酸分子中的羧基与溶液中铜离子的强烈结合作用,对溶液中的铜离子进行检测.随着铜离子浓度的增加,金纳米棒会更加趋向于团聚,使其LSPR光谱发生明显的红移,通过对不同浓度铜离子溶液的检测验证,传感系统对铜离子的检测灵敏度达到0.62 μg/mL/nm.     

基于FDTD的金纳米粒子消光特性仿真研究

探究金纳米粒子局域表面等离子体共振(LSPR,Localized surface plasmon reso-nance)现象的规律,为以后依附于LSPR生物传感器的研制提供理论参考数据.基于时域有限差分法(FDTD)对金纳米粒子进行消光特性仿真分析.此项目对于系统研究纳米量级结构和引起光学性子变化的局部环境因素,以及预测的结构变化等起到了十分重要的作用,通过实验,若纳米结构的光学性质可调试,则可以在后续应用于许多领域.     

银纳米粒子的消光光谱与粒子形状的关系

先利用离散偶极子近似(Discrete Dipole Approximation,DDA)的方法,分别计算置于空气中的球形、不同长径比的椭球形和棒形银纳米粒子的消光光谱.计算结果表明:球形纳米粒子仅存在单个等离子体共振尖峰;而椭球状和棒状粒子则存在横向和纵向两个等离子体共振峰;并且横向峰的变化不甚明显,而纵向峰会随粒子长径比的增大而线性地红移.再结合Gans的解析理论,分析等离子体共振的机理,并研究纵向等离子体共振峰随着粒子长径比的增大而红移的现象.     

金纳米棒的制备及其表面增强拉曼活性研究

采用种子生长法制备不同长径比金纳米棒,通过单一调控AgNO_3的用量制备了长度为(80±18)nm、长径比为2.1~4.0、长轴表面等离子体共振吸收波长为600~900 nm的金纳米棒;研究AgNO_3诱导生长剂对金纳米棒的影响,探讨金纳米棒的生长机理.以对巯基苯胺作为探针分子,运用拉曼光谱对不同长径比金纳米棒的表面增强拉曼活性进行研究.结果表明,吸收波长为790 nm的金纳米棒的表面增强拉曼活性最强,这主要是因为拉曼光谱仪的激发波长与金纳米棒的长轴表面等离子体共振吸收波长实现匹配.该研究成果为不同长径比金纳米棒的SERS活性研究提供了重要的理论基础.     

金属双纳米棒表面等离子体耦合共振特性研究

本文利用离散偶极子近似法,研究金纳米棒双体结构之间的表面等离子体耦合共振特性,发现当金属双纳米棒之间的排列方式和间距改变时,其表面等离子体共振消光峰发生红移或者蓝移,适当间距的金纳米棒双体结构可以产生更强的局域表面增强电场. 本文对于金纳米棒双体结构的计算结果对于金纳米棒在生物传感方面应用具有一定的参考价值.     

金纳米颗粒的摄入对细胞光学性质影响的数值仿真

采用时域有限差分法(FDTD)方法计算了细胞摄入金纳米颗粒后的消光光谱,并对金纳米颗粒在细胞中3种不同的分布做了比较:金纳米颗粒均匀分布细胞膜上;金纳米颗粒在细胞质内均匀分布,不存在于细胞核中;金纳米颗粒在整个细胞中均匀分布.分析结果表明,由于金纳米颗粒的等离子共振效应,细胞在可见光区域的散射截面产生增强,并且其消光光谱的峰形和消光峰的位置也发生相应的变化,这种变化依赖于金纳米颗粒在细胞内的分布情况.当金纳米颗粒在细胞膜上均匀分布的时候,细胞的消光光谱的峰值最大,而另外2种情况则形成较宽的消光峰.计算结果有助进一步理解纳米颗粒在细胞内的扩散或生长的过程.     

基于金纳米棒可饱和吸收体的Nd:YSAG被动调Q激光器

以新型金纳米材料为可饱和吸收体,研究了LD端面泵浦的Nd:YSAG被动调Q激光器的激光输出特性。实验中通过调整金纳米棒的长径比等参数,成功地将金纳米棒材料由表面等离子体共振引起的非线性吸收峰调控到Nd:YSAG激光的输出波长1 062 nm处,并成功获得了稳定的被动调Q激光输出,在泵浦功率为4.9 W时,激光器的平均输出功率为14 m W,此时,激光脉冲宽度为944.1 ns,重复频率100.1 k Hz。实验结果表明,金纳米材料在脉冲激光领域具有良好的应用前景。     

球形银纳米颗粒及氧化硅/银纳米壳层的消光性能模拟

采用离散偶极近似理论,对球形银纳米颗粒和氧化硅/银纳米壳层在紫外-可见-近红外波段的消光性能进行模拟计算研究.研究结果表明:随着粒径的增加球形银纳米颗粒的偶极消光峰逐渐红移,四极消光峰开始出现且逐步红移,散射作用增强而吸收作用减弱.粒径和核壳比对氧化硅/银纳米壳层的消光性能均有很大影响,随着核壳比增大,主要消光峰发生规律性红移:当核壳比相同时,较大粒径的纳米壳层其消光峰位于较长波长处.当银壳层厚度超银的电子平均自由程时,纳米壳层的消光特征与同粒径银纳米颗粒的完全一致.     

金属材料介电特性对其纳米粒子消光光谱的影响

本文采用离散偶极子近似理论，研究金、银两种金属的球形和棒状纳米粒子的消光光谱．计算结果表明：金、银两种材料的纳米粒子，其消光光谱的强度和峰住存在一定的差异．该研究将为纳米粒子在光电器件、化学传感元件等领域中的应用提供有益的理论参考     

光阱中多个金纳米棒的双光子荧光效应及热熔合过程

本文利用单束、波长对应金纳米棒长轴表面等离子共振的飞秒脉冲激光对多个长度为40 nm,直径为10 nm的金纳米棒颗粒进行了光捕获,系统研究了金纳米棒颗粒在共振激光作用下的双光子荧光及光致热熔合效应.实验结果表明,在光阱捕获过程中金纳米棒颗粒会激发出明显的双光子荧光.当多个金纳米棒被光力捕获在光斑中心时,金纳米棒发生热熔化并熔合成大尺寸的金纳米团簇.利用这种单光束光镊熔合技术,我们在玻璃衬底上制备了二维有序的金纳米团簇阵列.这一研究对利用金纳米棒颗粒来制备微纳光子结构及多功能光子器件等具有重要的指导意义.     

二氧化钛纳米结构的直接溶剂热法制备及溶剂的影响

将钛酸四丁酯前驱体加入N,N-二甲基甲酰胺(或乙醇),醋酸和醋酸锂的混合溶液中,采用溶剂热法直接制备了大长径比的二氧化钛纳米结构。利用透射电子显微镜、选区电子衍射和X射线衍射等技术对二氧化钛纳米结构的形貌、尺寸、形状和晶体形态进行了表征,并探讨了改变反应混合物溶剂对所生成的二氧化钛微观结构的影响。结果表明:用溶剂热法可以直接获得长径比可调的二氧化钛纳米结构;将N,N-二甲基甲酰胺替换为乙醇,二氧化钛纳米结构由长径比可达100的纳米线变成长径比小于20的纳米棒;无论溶剂选用N,N-二甲基甲酰胺或选用乙醇,当反应温度由180℃提高到200℃后,所获的二氧化钛纳米结构的晶体形态由锐钛矿型转变为锐钛矿型与金红石型混合相。     

基于枝角金纳米颗粒的LSPR传感器制备与免疫检测

枝角状纳米金结构具备尖锐的边缘和耦合区域的"热点",可极大增强粒子的周围电场,使纳米粒子具备很强的局域表面等离子共振(LSPR)性能.本文在光纤表面原位制备具有枝角结构的金纳米材料,构建光纤LSPR传感器,并将其应用于免疫检测中.首先在预处理的光纤表面修饰一层聚多巴胺黏附层,再连接金纳米晶种,进一步利用原位还原与银诱导法,合成具有枝角状结构的金纳米颗粒.实验过程中,优化了多巴胺聚合温度、时间和金膜生长时间,最佳反应条件为:多巴胺聚合温度10℃,聚合时间15 min,金纳米晶种镀膜时间5 min.最优条件下制备的枝角状金膜光纤LSPR传感器在1.333～1.381的折射率区间,灵敏度高达4 091 nm/RIU.进一步考察了传感器的稳定性,发现经过溶剂冲洗、透明胶带撕拉与食人鱼溶液浸泡等处理后,传感器仍能保持光谱信号的稳定.此外,镀膜液采用质量分数为0.01%的氯金酸,仅为传统方法用量的1/10,因此在制备成本方面更具经济性.将人免疫球蛋白G固定在LSPR传感器上,可实现兔抗人免疫球蛋白G在0～75μg/mL浓度区间的定量检测,其灵敏度为0.086 (nm/μg)·mL.     

均匀沉淀法制备ZAO纳米棒

采用均匀沉淀法,以尿素、Zn(NO3)2·6H2O和Al(NO3)3·9H2O为原料,在水乙二醇溶液中制备了Al掺杂ZnO(ZAO)纳米棒.X射线衍射(XRD)分析表明:纳米棒为六方纤锌矿结构,掺杂的Al3+取代了Zn2+的位置,形成A1/ZnO固溶体,保持了ZnO的结构.前驱体的红外光谱(FTIR)分析表明:乙二醇的加入改变了纳米材料的表面状态.扫描电镜(SEM)和高分辨透射电镜(TEM)结果显示:随着反应体系中乙二醇体积比和Al掺杂量的增加,ZAO纳米棒的长径比先增大后减小,在V(水)/V(乙二醇)=4、Al掺杂量为5%(摩尔分数)时,制得长径比最大为25、直径为10 nm的纳米棒.     

ATO纳米棒的水热法制备及其性能

以SnCl4·5H2O和SbCl3为原料,采用水热法制备了锑掺杂氧化锡(ATO)纳米棒,产物的电阻率约为100Ω·cm.通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、能谱(EDS)对产物的形态结构进行表征,结果发现,随着反应时间的延长,ATO纳米棒直径不变,长度逐渐增大,长径比(L/D)逐渐增大;随着反应物SnCl4浓度的升高,ATO纳米棒的直径和长度均增大,L/D基本不变.简单阐述了ATO纳米棒的形成机理,并对反应条件对纳米棒L/D的影响进行了探索.     

不同聚合物修饰的金纳米棒及其生物相容性研究

十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)在制备金纳米棒时常常作为一种阳离子表面活性剂,但CTAB本身对细胞有毒害作用,降低其偶联的金纳米棒(GNR)的毒性是很必要的.通过层层组装的方法合成了不同聚合物修饰的金纳米棒,并采用TEM、UV-vis吸收光谱、Zeta电位和MTT比色法进行了表征.结果表明:通过聚合物修饰,金纳米棒细胞毒性明显降低,具有良好的生物相容性.     

关于金纳米圆柱环折射率灵敏度的规律研究

基于边界元理论对不同形状和大小的金纳米粒子进行了仿真和理论分析,通过在不同折射率的介质中得到的消光光谱,得出相应的灵敏度曲线.经过多次的拟合和理论分析,发现当金纳米圆柱环满足R/h是定值且r=R-h时,折射率灵敏度几乎不变这一规律,为金纳米圆柱环的制备提供了仿真的理论依据.     

无定型二氧化硅包裹的Au纳米棒(Aunanorod@mSiO2)的合成条件优化

目的 合成Au纳米棒,并以Au纳米棒为核心,合成复合纳米结构(Au_nanorod@mSiO_2)并优化合成条件。方法 首先采用种子生长法制备Au纳米棒,合成的长径比为4.8;然后,将正硅酸乙酯在碱性条件下进行水解,在常温下,调节pH值在9~10之间,低速搅拌的条件下,借助于自组装技术,在Au纳米棒表面可以形成不同厚度二氧化硅层。利用透射电镜（TEM）,X射线衍射（XRD）和紫外吸收光谱表征复合纳米粒子。结果 所合成的纳米粒子经TEM表征,展示了层次分明的核壳结构,Au作为核心,二氧化硅层作为外壳层。XRD表明复合结构中存在Au的衍射峰与二氧化硅衍射峰。通过紫外吸收光谱表明,随着二氧化硅层厚度的增加,吸收峰发生红移现象。结论 在优化条件下可合成不同二氧化硅层厚度的复合纳米粒子Au_nanorod@mSiO_2。     

不同结构银纳米颗粒共振特性研究

应用有限元方法,计算了金属银球形纳米颗粒、球形核壳结构、椭圆核壳结构消光谱的共振特性。着重研究了球形银纳米颗粒的半径、球形核壳结构的半径及壳厚度、椭圆核壳结构的长径比及壳厚度,对共振峰位置的调控作用。结果表明,调整椭圆核壳结构的几何参数,可以较灵活的调控共振峰的位置。并用等离激元杂化理论和自由电子及振荡电子的竞争机制,对结果进行了合理的解释。     

化学还原法制备金纳米棒及其光学性质研究

在十六烷基三甲基溴化铵和十四烷基二甲基苄基氯化铵形成的双分子层胶体溶液中，利用种子生长的方法，控制硝酸银添加物制备纵横比不同金纳米棒．在表面活性剂作用下，金种沿着[100]方向生长，其它方向受限生长，形成各向异性的纳米结构．根据实验结果，利用时域有限差分方法模拟金纳米棒的生长，选择折射率为1．33，探索金纳米棒光学吸收谱，较好符合了实验结果．