芯帽纳米颗粒的光热性质

贵金属纳米结构中的光热效应在肿瘤光热治疗、光热成像、纳米药物等领域具有重要的应用价值.各向异性的芯帽纳米结构以其丰富的可调结构参数和对激发光偏振态敏感的特性,可灵活地在近红外波段获得理想的光学吸收性质,从而可以实现温度的高效调节.本文基于有限元方法研究了颗粒物纳米结构参数对其光热效果的作用规律,数值结果表明:通过对结构参数的微量改变(包括金壳厚度、芯壳比、芯径、金属表面覆盖率等)可实现温度的显著调整;在偏振态的旋转范围(30?—70?)内可快速地产生大温变光热的准线性调整.其不弱于纳米芯壳和纳米棒结构的光热性能可为纳米光热生医研究提供一种新的选择.     

不依赖激发光偏振方向的芯帽异构二聚体

各向异性贵金属纳米结构所特有的表面增强电场和近红外性能在纳米光电和生医传感等领域具有重要的应用,但是其最佳光学性能的激发受限于结构姿态与光电场偏振方向的匹配.本文基于芯帽颗粒特有的两个表面等离子体共振模式,提出引入补偿结构,利用二聚体结构间的局部表面等离子体共振耦合作用补偿电场偏转时缺失的近红外性能,实现解除对激发光偏振方向的依赖关系.基于有限元法数值求解了光与三维复杂异构二聚体作用后的电磁场分布,分析了芯帽-芯壳异构二聚体间的作用模式,从理论上明确了补偿结构去除偏振依赖的机理.补偿后,芯帽异构二聚体可在任意姿态下产生稳定的近红外高吸收性能,在传感、成像、药物释放与光热疗法中具有广泛的应用潜力.     

ITO纳米棒结构红外波段消光特性模拟与分析

铟锡氧化物（ITO）作为一种高掺杂的半导体材料，其材料介电常数零点波长位于近红外波段，且其在近红外波段的吸收损耗较小，因此ITO可以成为近红外波段理想的局域表面等离激元共振效应（LSPR）材料。采用时域有限差分法模拟长方体状ITO纳米棒阵列的LSPR效应，通过调整ITO纳米棒的载流子浓度、尺寸、间距以及衬底折射率实现其红外波段LSPR共振峰的有效调节。这对于扩宽ITO纳米结构在红外波段LSPR效应的应用具有重要的研究意义。     

金光栅/金纳米颗粒SERS基底的设计、制备及其性能

表面等离子激元（SPP）和局域表面等离子共振（LSPR）耦合产生的电场增强显著高于单纯LSPR引起的电场增强。因此一种新型高效的表面增强拉曼散射（SERS）基底是寄希望于在一种复合基底中实现SPP-LSPR耦合获得的。基于SPP-LSPR耦合机理,提出一种针对633 nm激光使用的金光栅/金纳米颗粒SERS基底的设计思路以及光栅和纳米颗粒的具体结构参数。为了验证设计方法的正确性,利用电子束光刻法和化学合成法分别制备了具有相应几何尺寸特征的金光栅和金纳米颗粒,并将它们复合在一起得到了光栅/纳米颗粒SPP-LSPR耦合型复合SERS基底,这个基底相比仅有金纳米颗粒制备的LSPR型SERS基底,在检测R6G溶液时浓度可以降低2个数量级,增强因子是后者的72倍,实验结果和时域有限差分（FDTD）法理论拟合的结果基本一致。     

Ag/Si核壳结构纳米颗粒粒子系的吸收特性研究

当电子振动频率与入射光的频率相同时,部分金属纳米颗粒可以在其表面激发局部表面等离子共振效应(LSPR),该波长下颗粒的吸收增强。这种效应也被应用于增强拉曼光谱信号的强度。本文研究了以Ag为外壳材料、Si为内核的核壳结构纳米颗粒粒子系的吸收特性。采用时域有限差分方法求解了颗粒随机分布粒子系的吸收率,分析了颗粒体积分数、内核外壳尺寸、椭球化等因素对粒子系吸收特性的影响以及对吸收峰的调控作用。     

芯-壳结构复合纳米颗粒

芯－壳结构复合纳米颗粒因其独特结构而具有许多奇异的性质，尤其体现在可人工设计和可控的光学性质上：根据不同的性质要求，通过改变组分和壳层与芯部的相对尺寸来实现光学性质在很宽波段范围内的可调特性，这一特性在光敏器件（如光开关，光过滤器）以及下一代的纳米光子光等很多领域有着广阔的应用前景，并在目前红外材料的改性上也会大显身手，文章介绍了几种芯－壳复合纳米颗粒的合成及其性质研究现状，并作相应的展望。     

小粒径同质/异质壳层结构NaGdF_4:3%Nd~(3+)纳米颗粒的近红外发光特性

采用共沉淀法制备了粒径小于5 nm的六方相NaGdF_4:3%Nd~(3+)纳米颗粒.纳米颗粒表面缺陷会使发光中心产生严重的淬灭,对其表面包覆适当厚度的壳层可以有效地减少发光淬灭,提高发光性能.对NaGdF_4:3%Nd~(3+)核心纳米颗粒分别进行同质和异质包覆并且通过调节核壳比制备了不同壳层厚度的NaGdF_4:3%Nd~(3+)@NaGdF_4和NaGdF_4:3%Nd~(3+)@Na YF4纳米颗粒,研究了不同的壳层厚度对核心纳米颗粒发光的影响,并对两种不同核壳结构纳米颗粒的发光性能进行了对比.在808 nm近红外光激发下,NaGdF_4:3%Nd~(3+)纳米颗粒发射出位于约866,893,1060 nm的近红外发射.与核心纳米颗粒相比,核壳结构的纳米颗粒的荧光强度增强,荧光寿命增长,并且随着壳厚的增加,荧光强度出现先增强后减弱、荧光寿命逐步增长的趋势.与相同条件下同质包覆的NaGdF_4:3%Nd~(3+)@NaGdF_4纳米颗粒相比,异质包覆的NaGdF_4:3%Nd~(3+)@NaYF_4纳米颗粒光谱荧光强度增强,寿命增长.     

金/银纳米颗粒对Eu掺杂薄膜发光特性影响的研究

本文将三种金属纳米颗粒(球形银纳米颗粒、三角形银纳米薄片和三角形金纳米薄片)分别置于Eu(TTFA)3掺杂的Su8薄膜上研究了它们对铕配合物薄膜发光的影响.结果显示,金属纳米颗粒的局域等离子体共振(LSPR)谱对薄膜发光有很好的调控作用.对于LSPR谱分别与铕配合物激发谱和辐射谱重叠较好的球形和三角形两种银颗粒,相比于未放置颗粒时薄膜的发光,放置有颗粒的发光有明显的增强,其中球形银颗粒的样品的发光增强效果更为明显.而对于LSPR谱与铕配合物激发谱和辐射谱都不重叠的三角形片状金颗粒,该颗粒对样品的发光则起到了猝灭作用.     

纳米金膜及金壳表面局域等离激元对 上转换荧光波长的选择调控

基于贵金属表面局域等离子体共振(LSPR)调控上转换荧光的研究绝大部分集中于纳米颗粒或纳米棒,即使同一复合结构对上转换荧光(UCL)也有或增强或猝灭的截然相反的报道,而对于进一步提高上转换荧光材料的效率和强度以满足更广泛的应用需求则越来越引起人们高度关注。本文通过构筑两种纳米金/上转换纳米晶复合结构,系统研究了各自的表面局域等离激元对上转换荧光的增强和猝灭效应,基于微结构表征及对稳态、瞬态荧光光谱的分析,阐述了波长依赖的上转换荧光增强和猝灭机理。结果显示超薄纳米金壳结构对Ho~(3+)、Fe~(3+)共掺杂纳米晶的绿光发射选择性地增强了25倍,源于激发光能量与LSPR能量匹配的激发增强机制,而在覆盖有超薄纳米金膜的上转换纳米晶复合结构中却观察到了金膜引起的Er上转换荧光猝灭,同时红绿比随金膜厚度增加而增大,来自于金膜对激发光的散射、金膜的LSPR吸收带与绿光发射能级耦合引起无辐射跃迁几率增加,绿光上转换荧光强度下降相对显著,UCL寿命变短。     

具有可调谐的LSPR和SERS性能的“爆米花”状Au@Ag核壳超结构的制备（英文）

本文通过使用多巴胺二硫代氨基甲酸(DDTC)作为还原剂来控制银纳米颗粒以异相成核的生长模式在金立方表面进行生长,合成出"爆米花"状的金银纳米超结构。这种结构的纳米颗粒在可见光区表现出可调谐的等离子体共振特性,并且通过改变硝酸银的浓度能够精细的调节银层的厚度。此外,使用液液界面自组装技术将纳米颗粒组装成单层膜,然后将结晶紫作为探针分子来研究纳米颗粒的表面增强拉曼散射特性(SERS)和银层厚度之间的依赖关系。并系统的研究了三种激发波长对SERS基底的响应。结果表明"爆米花"状的金银核壳超结构具有可调节的局域表面等离子体共振(LSPR)和SERS特性,在太阳能电池、催化、化学传感等领域具有广阔的应用前景。     

双对称性破缺Au-TiO_2-Ag三层纳米杯的LSPR特性研究

设计了一种双对称性破缺Au-TiO_2-Ag三层纳米杯结构,采用有限元方法分析了其局域表面等离子体共振(Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR)特性,并采用等离激元杂化理论对LSPR现象进行理论分析。分别仿真了入射光偏振态、核壳结构参数和外界介质折射率对Au-TiO_2-Ag三层纳米杯消光光谱的影响。研究结果表明,当入射光偏振方向垂直于对称轴方向时,可将反对称横向耦合模式ω-⊥〉1的共振峰波长调谐至近红外区域1100nm附近,同时该模式共振波长随外界介质折射率的增大产生红移,这一特性可在生物传感领域得到广泛的应用。     

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。     

银/二氧化钛核壳纳米颗粒对碲化镉纳米晶的荧光增强研究

利用新合成的复合纳米结构银/二氧化钛核壳纳米颗粒,研究了金属银纳米颗粒对碲化镉纳米晶层荧光的增强情况.结果表明,这种新型复合金属纳米结构能极大地增强发光纳米晶层的荧光强度.银/二氧化钛核壳纳米颗粒是以水合肼、硝酸银和四异丙氧基钛为原材料,利用胶体化学法在水溶液中合成.透射电子显微镜图片表明这种新合成的银/二氧化钛纳米材料基本上呈球形,有较为明显的核壳结构,中间黑色的核是银纳米颗粒,外层颜色较浅部分是二氧化钛壳层.另外,包裹二氧化钛壳层后,银纳米颗粒的表面等离子吸收带从409 nm红移至430 nm,也证实了这种新型核壳纳米材料的形成.将此合成方法得到的银/二氧化钛纳米颗粒和碲化镉纳米晶用旋转涂覆方法进行直接组合后,得到了银纳米颗粒对碲化镉纳米晶荧光的明显增强,并对其增强的物理过程进行了讨论.这种能够增强荧光团发光的新型复合银纳米结构将在发光器件、荧光成像、生物探测等方面具有一定的应用价值.     

钴纳米结构光学性质的离散偶极近似分析

基于离散偶极近似理论,模拟分析了四种不同钴纳米结构的光学性质,具体讨论了钴单质半径、钴金合金材料的组分、钴金核壳结构中的内核大小及壳厚度、钴空心球的尺寸及空球壳厚度等参数对其消光光谱的影响。结果表明,半径50nm的钴颗粒水溶液消光效率最大,且散射强度优于吸收;中空钴球相比实心颗粒消光谱红移,内半径40nm、壳厚5nm的空心钴纳米结构在可见光区域的消光效率最高;半径50nm、钴金原子成分比值为1的合金颗粒在可见光区域具有较宽的散射光谱;随钴金核壳结构中核壳尺寸的增大,消光谱都由显示有两个峰位的波形演化为一个半高宽较大的波形,颗粒特性受核壳金属的共同作用。这些结果可以为其在太阳能领域等应用中的结构参数选择提供参考和借鉴。     

壳层纳米颗粒的光散射行为研究

本文主要研究了Au-Si球型壳层纳米颗粒在电磁波作用下的散射行为,并将其与实心Au球、空心Au球、实心Si球和空心Si球的光散射行为进行了对比。利用Mie散射理论计算得出Au-Si球型壳层纳米颗粒在外加电磁波作用下的各阶电响应和磁响应,观察壳层结构的几何参数对电偶和磁偶共振峰位置的影响,并进一步研究Au材料中的电偶响应与Si材料中的电偶(磁偶)响应之间的耦合关系,找到其中的耦合规律。通过对单个球型壳层纳米颗粒散射行为的研究,为利用该颗粒周期性排列制备具有特殊电磁性质的人工特异材料提供理论指导。     

十字星形金属纳米粒子的消光性质

单纳米粒子的LSPR光学生物传感器具有空间分辨率高, 可植入生物的细胞和组织里, 检测所需要的剂量少等优势。本文提出一种十字星形的纳米粒子结构以进一步提高单纳米粒子LSPR光学生物传感器的信号强度。模拟和分析表明, 十字星形纳米粒子的消光效率远远高于相同结构尺寸的菱形或三角形纳米粒子的消光效率, 为发展新型结构单或阵列式的金属纳米粒子LSPR光学生物传感器提供了参考依据。     

纳米 Au 球壳材料的制备及其近红外光热转换性质

报道了一种采用湿化学法,以Ag纳米球为模板合成纳米Au球壳水溶胶的新方法,并对这种材料的光热转换性质进行了研究。TEM分析表明,Au纳米颗粒呈球壳结构,粒径约为20nm,粒径分布比较均匀,无明显硬团聚体存在。随着氯金酸加入量的增加,Au球壳的吸收峰位置从可见区(-400nm)逐渐红移至近红外区(-800nm)。测量了不同浓度的Au球壳水溶胶经近红外激光照射后的温度变化。结果表明,经1．9W／mm^2的808nm近红外光照射10min,温度最高升高了5．5℃。由于800—1200nm是人体组织的透射窗口,肿瘤细胞在42℃左右即可被杀死,这种纳米Au球壳材料有望在利用光热转换的红外热疗中得到应用,并有可能利用光动力实现药物释放。     

Cu/C核/壳纳米结构的气相合成、形成机理及其光学性能研究

采用乙酰丙酮铜为原料, 通过化学气相沉积大批量制备出Cu/C核/壳纳米颗粒和纳米线. 研究结果表明, 通过控制沉积温度可对Cu/C核/壳纳米材料的形貌和结构进行很好的控制. 比如, 沉积温度为400 ℃时可获得直径约200 nm的Cu/C核/壳纳米线, 沉积温度为450 ℃ 时可获得直径约200 nm的Cu/C核/壳纳米颗粒和纳米棒的混合产物, 沉积温度为600 ℃时可获得直径约22 nm的Cu/C核/壳纳米颗粒. 获得的Cu/C核/壳纳米结构是由一个新颖的凝聚机理形成的, 而这种机理不同于著名的溶解-析出机理. 紫外-可见光谱和荧光光谱分析结果表明: Cu/C核/壳纳米线和纳米颗粒均在225 nm处出现Cu的吸收峰, 同时在620 和616 nm处分别出现了纳米线和纳米颗粒的表面等离子共振吸收峰. Cu/C核/壳纳米线在312 和348 nm处、 Cu/C核/壳纳米颗粒在304 和345 nm处出现荧光发射谱峰. 关键词： Cu/C核/壳结构 纳米线 纳米颗粒 光学性能     

Ag纳米颗粒在吸收性介质中的光谱及探测性能

贵金属纳米颗粒的局域表面等离子共振(localized surface plasmon resonance,LSPR)峰对周围介质的变化十分灵敏,基于这一原理可对周围介质进行探测。本文利用吸收性介质中的Mie理论分析球形Ag纳米颗粒在吸收性介质中的光谱和探测性能。研究结果表明,当介质复折射率的虚部较小时,其对颗粒光谱和探测性能的影响可以忽略;随着虚部的增大,光谱会出现较大变化,并且颗粒的探测性能逐渐降低;当虚部大于某一值后,颗粒的LSPR峰消失,无法再利用这一原理进行探测。     

介电泳技术制备具有分子荧光增强效应的电极间纳米间隙结构

将单个核壳结构纳米颗粒放置在金属纳米电极之间制备了纳米尺度间隙结构.利用介电泳技术,本文可控地将蛋白质层包裹的SiO₂@Au核壳结构纳米颗粒定位放置在被荧光分子覆盖的纳米电极之间,从而得到了夹在纳米颗粒和金属纳米电极之间的纳米间隙结构.初步的光致发光测量表明,制备的纳米间隙结构可以有效地增强间隙中分子的荧光信号.这一结果为后续实现基于纳米间隙电极的电致分子荧光奠定了基础.