单层二硫化钼与银纳米颗粒阵列复合结构的表面增强荧光特性研究

本文采用阳极氧化铝模板辅助真空蒸镀技术研究并制备了厘米级、形貌均一、颗粒尺寸可控的银纳米颗粒(AgNPs)阵列,并结合传统的湿法转移技术获得了单层MoS_(2)/AgNPs阵列复合结构。系统研究了该复合结构的表面增强荧光(SEF)特性,结果表明我们制备的AgNPs阵列可用作高效SEF基底来增强单层MoS_(2)的荧光性能。且随着温度降低,单层MoS_(2)的荧光性能得到了进一步提升。本研究为MoS_(2)在光电集成领域的应用提供了理论和技术基础。

核壳结构在表面增强荧光中的研究进展

表面增强荧光是一种跨空间的相互作用,受荧光分子和金属纳米颗粒之间距离的影响。核壳结构因其制备方法简便、壳层厚度易调节等特点而成为近几年备受关注的研究课题。本文介绍了几种广泛应用于表面增强荧光研究的核壳结构及其国内外研究进展,主要包括金属纳米颗粒作为核心的壳层结构、金属纳米颗粒作为壳层的壳层结构以及一些其他核壳结构,并结合研究现状对核壳结构的未来发展做出展望。

距离调控纳米多孔金表面增强荧光特性

通过调控纳米多孔金(NPG)基底与荧光分子之间的距离,系统研究了其表面增强荧光特性.利用物理气相沉积方法在NPG表面沉积二氧化硅薄膜,通过调整二氧化硅的厚度来控制NPG与荧光分子之间的距离,系统研究了NPG孔径尺寸以及与荧光分子之间距离对其表面增强荧光(SEF)特性的影响.由于多孔金具有纳米级多孔结构,其表面等离子体能够通过分子附近局域电场的增强使分子的激发光场得到增强,从而提高分子的激发强度和效率;当荧光分子与多孔金表面存在一定距离时,通过与光子之间的共振耦合作用,表面等离子体能够增强多孔金周围电磁场,实现荧光增强.通过研究发现,NPG孔径为36nm、表面二氧化硅厚度为20nm时,表面组装的罗丹明6G荧光分子的荧光强度得到最大增强.

金纳米棒胶体的表面增强荧光效应研究

利用晶种法,制备得到长径比为6的金纳米棒胶体,在532nm激光激发下,研究其对Rhodamine6G(Rh6G)分子的荧光增强特性。实验结果表明,所制备金纳米棒胶体具有强的荧光增强特性。根据局域场增强机理可知,在外光场作用下,金纳米棒形成的强局部电场分布,对居于其附近的探针分子光谱辐射过程有很强的增强特性,从而实现荧光增强效应。

纳米银组装结构上罗丹明B的表面增强荧光效应

采用表面自组装技术,在玻璃表面构筑银纳米粒子的二维组装结构。银纳米粒子组装结构的表面等离子共振光谱中偶极子表面等离子体共振对组装结构更为敏感而表现出较大位移。组装银纳米粒子可极大增强罗丹明B的荧光。荧光的表面增强效应主要来自银纳米粒子对荧光分子所处区域的局部电磁场增强,银纳米粒子的表面分子修饰对其表面增强效应有较大的影响。

纳米银组装结构的表面增强荧光效应

采用表面自组装技术,在玻片表面构筑银纳米粒子二维组装结构。银纳米粒子组装结构的吸收光谱表明银粒子表面等离子体共振与粒子间电磁偶合密切相关,偶极子表面等离子体共振更为敏感而发生较大位移。在银纳米粒子组装结构上,荧光素分子的荧光得到极大增强,其表面增强效应强烈依赖于组装金属粒子的表面等离子体共振。

表面增强荧光效应研究进展

在外光场激励下,金属纳米结构衬底表面所形成的集体电子振荡模式可有效调制其局域电磁场分布,对居于衬底附近的荧光分子的荧光辐射产生调控。其影响因素主要取决于衬底金属表面所形成的电磁振荡模式和电磁场分布性质。归纳了光谱学中表面增强荧光效应研究的关键问题,指出了周期性有序衬底金属增强荧光及其金属纳米颗粒增强荧光研究的主要研究进展。基于局域电磁场增强机理模型,讨论了不同形貌衬底金属对荧光分子的荧光调控机理和影响因素。对表面增强荧光效应的研究前景进行了展望。

金属表面荧光增强的物理增强机制

具有特殊形貌及构型的表面(如金属薄膜)能够使位于其邻近的荧光分子的荧光信号得到增强,这种现象被称之为表面增强荧光(Surface Enhanced Fluorescence,SEF)。有关表面增强荧光效应的研究探讨已有许多报道,并先后提出了多种增强机理以试图理解和解释观测到的实验现象。本文将在总结归纳已有机理研究的基础上,从物理学的角度出发分析理解局域场增强、能量转移以及辐射衰减速率增加等理论模型,并对衬底表面与荧光分子之间的间距变化对增强效果的影响进行探讨。

银粒子的表面修饰及荧光表面增强效应

采用表面化学修饰制备了Ag-SiO2核-壳纳米粒子,发现SiO2包裹壳层形状随其厚度而改变,包裹初期SiO2壳层依托银核的形状生长,随着壳层厚度增加则趋于热力学稳定的球状。银纳米粒子的表面等离子体共振可由SiO2包裹壳层厚度调变,银核吸收谱峰随壳层厚度增大而红移。Ag-SiO2核-壳纳米粒子可极大增强罗丹明6G的荧光强度,且表面增强效应与壳层的厚度密切相关。

基于表面增强荧光的鸡蛋蛋清中土霉素残留含量检测分析

以银纳米颗粒（AgNPs）作为表面增强荧光基底，形成的OTC—Eu—AgNPs～Egg white体系具有强荧光特性，可实现鸡蛋蛋清中土霉素残留含量的检测分析。分析了OTC—Eu—AgNPs—Egg white体系的三维荧光光谱，确定了最佳激发波长为380nm。分析了AgNPs加入量、Eu^3＋加入量、反应时间和金属共存离子对荧光强度的影响，确定了实验中的AgNPs加入量和Eu^3＋加入量分别为0．25mL和0．01mL。应用最小二乘支持向量回归（LSSVR）在光谱区间605～630nm建立了鸡蛋蛋清中土霉素残留含量检测的预测模型，模型预测集的决定系数（R^2）和预测均方根误差（RMSEP）分别为0．9909和0．9079mg／L，说明铕（Ⅲ）的AgNPs增强荧光结合LSSVR可用于鸡蛋蛋清中土霉素残留含量的检测。

有机分子隔离层对机械抛光金属银表面的罗丹明6G荧光增强效应的影响

采用物理吸附法,在机械抛光纯银表面引入对巯基苯胺(p-Amiothiophenol,PATP)分子充当隔离层,运用激光光谱学方法研究隔离层对位于银表面附近的罗丹明6G(Rh6G)分子的荧光增强效应影响。实验结果表明,未经PATP分子修饰的机械抛光金属衬底对Rh6G分子表现为猝灭效应,而经过PATP分子修饰后的银表面对Rh6G分子的荧光发射具有增强效应。根据局域表面等离子共振及辐射能量转移模型对实验观测所得结果进行了分析研究,结果表明,PATP有机分子隔离层的引入有效地减小了荧光分子与金属衬底之间的无辐射能量速率,提高了荧光辐射强度。

纳米银颗粒表面增强荧光效应与其覆盖率的关联

实验上获得了纳米银颗粒对光敏剂二氢卟吩f-甲醚(CPD4)的荧光增强效应,基于纳米银颗粒覆盖率对表面增强荧光效应的影响,初步探讨了荧光增强的物理增强机制。不同覆盖率纳米银基底表面吸附的CPD4的增强荧光结果显示,在低颗粒覆盖率时(<30%),激发效率和激发态分子衰减速率不依赖于覆盖率变化;当颗粒覆盖率大于30%接近40%时,激发效率和激发态分子衰减速率都得到提高。实验和理论结果均表明,相比于单个银纳米颗粒,颗粒覆盖率增加提高了颗粒间电磁耦合效应,能够产生更强的表面增强荧光效应。

机械抛光铜金属表面对罗丹明的荧光增强效应

应用激光光谱学方法,研究了铜表面Rh6G分子的荧光增强效应对于金属衬底表面所形成的氧化层的依赖关系,探索了由于空气氧化而形成的氧化层在表面荧光增强效应中的重要意义和作用机理.实验采用罗丹明6G荧光探针分子,在532nm连续光激发下,研究机械抛光铜金属衬底在经历不同氧化时间,对吸附其表面的Rh6G分子的荧光增强效果.研究结果表明,适当控制金属样品表面的氧化时间,金属铜表面对若丹明分子的荧光发射表现出猝灭和增强效应.金属氧化层起到了隔离荧光分子与金属表面的作用,减弱了由于激发态荧光分子向金属转移非辐射能量和在金属表面诱导反向偶极子而产生的荧光猝灭效应,从而提高了纯金属铜表面荧光增强辐射行为.因此在微纳金属衬底的荧光增强效应研究中,采用适当的实验手段,精确控制隔离层间距,是表面增强光谱获取的重要途径之一.

自组装法制备Au纳米结构衬底及其表面增强荧光效应研究

采用自组装方法,在(APS)分子修饰后的玻璃衬底表面,制备得到Au纳米结构衬底。采取激光光谱学方法,研究所制备衬底对沉积其表面的Rhodamine 6G(Rh6G)分子的荧光辐射增强效应。实验发现,利用自组装方法制备的Au纳米结构衬底具有较强的荧光增强特性。理论分析表明,制备的Au纳米结构在外光场激发下,所形成的强局部电磁场分布能够有效提升探针分子的电子跃迁速率,从而实现增强荧光效应。

超薄金壳包覆NaYF4∶Yb,Er@SiO2纳米结构的可控合成与表面增强上转换荧光

利用原位还原法成功制备了尺寸均一、超薄完整金壳包覆的NaYF_4∶Yb,Er@SiO_2@Au(NSA)纳米结构,其XRD、TEM、EDX、HRTEM-HAADF、Mapping及吸收光谱表征结果表明,SiO_2壳及纳米金壳的平均厚度分别约为5nm和2nm。在980nm连续激光激发下,系统研究了核壳结构的上转换荧光强度与氯金酸浓度的依赖关系。稳态光谱结果显示,NSA与仅SiO_2包覆样品(NS)相比Er^(3+)的红绿荧光强度均增强了~2.8倍。通过分析上转换荧光动力学过程及利用FDTD方法模拟,讨论了表面等离激元增强上转换荧光的机制。

表面修饰聚合物自组装多层的金纳米棒的表面增强荧光

在金纳米棒表面自组装由阴离子聚合物和阳离子聚合物通过静电作用形成的聚合物多层结构,并研究了该金纳米棒的表面增强荧光效应.未经聚合物修饰的金纳米棒猝灭荧光素的荧光,最高猝灭率为91.5%.经聚合物自组装多层结构修饰后,金纳米棒增强荧光素的荧光.3层聚合物修饰的金纳米棒的荧光增强因子可达102级.

银纳米团簇颗粒局域表面等离激元增强荧光

采用基于磁控等离子体团簇束流源的低能团簇束流沉积在石英衬底上制备了银纳米团簇颗粒,并测量了其透射光谱.将二氧化硅荧光纳米球分别分散在裸石英片和有银纳米团簇颗粒的石英片上,用波长为410 nm的激光激发,结果表明有银钠米团簇颗粒的荧光发射强度与没有银纳米团簇颗粒的荧光发射强度相比,增强倍数达5.3倍.最后,用Mie散射理论数值计算单个银纳米球颗粒在其表面等离激元共振位置处的电场强度分布,据此对实验结果进行了合理的解释.

激光诱导光栅表面等离子体增强CdSe量子点荧光

利用532nm皮秒脉冲激光在金纳米光栅表面诱导表面等离子体激发Cd Se量子点荧光,并测量了Cd Se量子点荧光增强效应。分别采用AFM刻蚀方法和自组装方法在硅基金膜表面制备了纳米光栅/Cd Se量子点的多层薄膜结构。通过调节皮秒脉冲激光的功率,在显微拉曼平台上测量了Cd Se量子点的荧光光谱。结果表明,金纳米光栅/Cd Se量子点结构能够实现量子点远场荧光大幅增强,其最大荧光强度达7.80倍,并在达到最大强度点开始迅速饱和。该研究结果可广泛应用于光电器件、生物医学检测研究等领域。

Ag纳米粒子表面BSA隔离层对聚苯乙烯荧光的增强效应

通过氧化还原法制备了粒径处于50-65nm的球形银（Ag）纳米粒子,采用扫描电子显微镜（SEM）分析其形貌及单分散性.在Ag纳米粒子基础上采用沉积自组装法合成了有效粒径为80.8nm 的Ag/牛血清白蛋白（BSA）核壳结构纳米粒子. 结合SEM、透射电子显微镜（TEM）、X 射线衍射（XRD）和荧光发射光谱（FL）分析发现,BSA 有效地包覆在Ag 纳米粒子的外层,Ag/BSA 核壳结构纳米粒子单分散性良好,加入Ag/BSA 核壳结构纳米粒子的聚苯乙烯（PS）的荧光强度从100增强到6000.研究结果表明,BSA隔离层对位于Ag表面附近的PS分子的荧光强度有显著的增强效应.

SiO_2包覆的银纳米颗粒及其团簇的表面增强荧光效应

在高温条件下以乙二醇为还原剂,制备银纳米颗粒,并用改良的St?ber方法,在银纳米颗粒及其多聚体外面包覆一层8 nm左右的二氧化硅,制备出Ag@SiO_2复合纳米颗粒.二氧化硅壳层的包覆不仅可以调控有机分子和银纳米颗粒之间的距离,避免荧光猝灭,还可以提高金属颗粒的分散性和稳定性,有效地拓展其在生物领域中的应用.利用电子束刻蚀技术在衬底表面做记号,成功标记出单个状态的Ag@SiO_2复合纳米颗粒及其多聚体.以Rh6G为探测分子,系统研究了颗粒尺寸、多聚体聚合程度以及激发光的偏振性质对表面增强荧光效应的影响.结果表明,Ag@SiO_2纳米复合衬底对吸附在其表面的Rh6G分子具有明显的荧光增强作用,且增强效果受到颗粒粒径、团聚程度、分布方式以及偏振性质变化的调控.