本文關鍵詞： 表面增強拉曼 納米線陣列 局域表面等離激元 重現(xiàn)性　出處：《南京大學》2015年碩士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：表面增強拉曼(SERS)依靠“熱點”,即電場強度極強的點,來激發(fā)分子的拉曼信號。這些熱點通常由局域表面等離激元共振(LSPR)產(chǎn)生。尤其是在金屬顆粒的間隙中,由LSPR耦合產(chǎn)生的電場跟原來相比可能達到108的增強,甚至能實現(xiàn)單分子探測。然而,極高的拉曼增強因子通常也會伴隨著較低的重現(xiàn)性,從而限制了這種襯底的實際應用。本文首先分析了基于金屬顆粒間局域表面等離激元的耦合的拉曼襯底里熱點的產(chǎn)生,總結(jié)了其造成拉曼信號不均勻的原因。隨后以銀納米顆粒包裹的有序排列的硅納米線襯底為例介紹了人們的一些改進方案,并展示了通過聚苯乙烯球作為模板的金屬催化化學刻蝕制備可控尺寸的有序硅納米線陣列的工藝。然后,本文通過時域有限差分方法(FDTD)和光纖圓波導理論,得到了電磁表面波在不同材料的納米線上的分布,并提出二氧化硅／硅核殼結(jié)構(gòu)納米線陣列來作為一種可以進一步提升拉曼信號重現(xiàn)性的解決方案。最后在二氧化硅／硅核殼結(jié)構(gòu)納米線上覆蓋上銀顆粒做成增強拉曼襯底(AgNPs@SiO2/SiNWs array),并通過大面積的逐點取樣,證明了其極好的信號重現(xiàn)性。論文主要內(nèi)容如下：1：回顧了之前以金屬納米顆粒間局域表面等離激元的耦合為熱點的表面增強拉曼系統(tǒng)并總結(jié)了他們的共同特點。在分析了它們低重現(xiàn)性的原因后,我又介紹了銀顆粒包裹的有序硅納米線作為一種還未完善的提高重現(xiàn)性的解決方案。最后介紹了通過聚苯乙烯球作為模板的金屬催化化學刻蝕制備可控尺寸的有序硅納米線陣列的工藝,并展示了硅納米線的表面形貌和其在SERS中的應用。2：通過FDTD的模擬和光波導理論,得到了電磁表面波在不同材料納米線陣列上的分布。這種表面分布來源于納米線陣列在633nm激光下激發(fā)的波導模式。它使得屯場能量在空間上重新分配,并成為最終提高襯底重現(xiàn)性的關鍵因素�；谶@點我們最后提出二氧化硅/硅核殼結(jié)構(gòu)納米線作為最終的解決方案。3：我們制備了直徑為150nm,長度1μm,周期為300nm的銀納米顆粒包裹的二氧化硅/硅核殼結(jié)構(gòu)納米線陣列。并與其它兩種經(jīng)典的表面增強拉曼襯底作對比,在大面積的逐點采樣實驗后,驗證了我的襯底有著更好的重現(xiàn)性(相對標準偏差8%)和更高的增強因子。
[Abstract]:Surface enhanced Raman spectroscopy (SERS) relies on "hot spots", that is, points where the electric field is extremely strong. These hot spots are usually generated by the local surface isoexciter resonance (LSPRR), especially in the gap of metal particles. The electric field generated by LSPR coupling may be enhanced by 108, and even monolayer detection can be achieved. However, very high Raman enhancement factors are usually accompanied by low reproducibility. Therefore, the practical application of this kind of substrate is limited. Firstly, the generation of hot spots in Raman substrate based on the coupling of local surface isopherons between metal particles is analyzed. The reasons for the heterogeneity of Raman signal are summarized. Then some improved schemes are introduced taking the ordered arrangement of silicon nanowire substrates covered by silver nanoparticles as an example. The process of preparing controllable size ordered silicon nanowire arrays by metal-catalyzed chemical etching with polystyrene spheres as template was also demonstrated. In this paper, the distribution of electromagnetic surface waves on nanowires of different materials is obtained by FDTD) and optical fiber circular waveguide theory. The silicon dioxide / silica core-shell nanowire array is proposed as a solution to further improve the reproducibility of Raman signal. Finally, silver particles are coated on silica / silica core-shell nanowires to enhance the Raman signal reproducibility. Raman substrate (. AgNPs@SiO2/SiNWs Array. And through a large area of point-by-point sampling. Its excellent signal reproducibility is proved. The main contents of this paper are as follows:. The surface enhanced Raman systems which focused on the coupling of local surface isopherons between metal nanoparticles were reviewed and their common characteristics were summarized. The reasons for their low reproducibility were analyzed. I also introduce the ordered silicon nanowires coated with silver particles as an imperfect solution to improve reproducibility. Finally, we introduce the preparation of controllable size silicon nanowires by metal catalytic chemical etching of polystyrene balls as templates. Process of ordered Silicon nanowire arrays. The surface morphology of silicon nanowires and its application in SERS. 2: through the simulation of FDTD and optical waveguide theory. The distribution of electromagnetic surface waves on nanowire arrays of different materials is obtained. The surface distribution is derived from the waveguide mode excited by the nanowire array at 633 nm, which makes the field energy redistribution in space. Based on this we put forward silicon dioxide / silica core-shell structure nanowires as the final solution. 3: we have prepared 150 nm diameter. Silica / silica core-shell nanowire arrays with a length of 1 渭 m and a period of 300 nm were compared with the other two classical surface-enhanced Raman substrates. It is proved that my substrate has better reproducibility (relative standard deviation of 8) and higher enhancement factor after a large area point-by-point sampling experiment.
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1

【共引文獻】

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本文編號：1455499