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本文以持续性有机污染物痕量探测为导向,有针对性地制备了银纳米线有序阵列,并系统地研究了该阵列拉曼增强散射的规律和机理、探讨了光吸收与该体系表面等离子体共振现象的相关性。论文选题属于纳米材料应用基础研究,也是当前人们关注的研究热点。
本文的主要研究成果以及创新点分为以下几个方面:
1.规格化制备银纳米线阵列有序结构属于纳米材料可控生长研究范畴,是系统研究该体系表丽拉曼增强效应的前提。利用金属银材料的SERS效应实现有机污染物痕量探测是国际上所公认的有效途径之一。先前的研究一般采用无序的银纳米结构或纳米级粗糙表面进行探测,为了进一步更有效地研究银纳米材料表面增强效应以满足痕量探测的需求,本文首次提出以银纳米线有序阵列作为主要材料对象对表丽增强拉曼现象进行研究。这种方法的优点在于:阵列规格化、形貌稳定,有利予应用的研究。因此,规格化制备银纳米线阵列是论文研究的关键和前提。
本文利用阳极氧化铝模板系统地研究了电沉积电压和溶液浓度对生成银纳米线的影响,找出了沿(110)方向择优生长的工艺参数,解决了占空比调制的问题,成功制备了连续、致密、单品的纳米线有序阵列,为研究该有序阵列的表面拉曼增强散射效应奠定了基础。
2.系统地研究了Rhodamine6G(R6G)与银纳米线有序阵列表面相互作用产生的表面增强拉曼散射现象,分析了R6G浓度变化(10-6 M~10-13 M)对表面增强拉曼散射影响的规律。结果发现在浓度变化范围内,R6G的主要振动模式均可出现。随着浓度的降低,相关振动模式的峰度下降,10-13 M浓度下,很多振动模式会消失,但是对应于R6G分子中苯环拉伸振动模式以及C-H键面内弯曲振动模式的峰仍然可以被探测出来。进一步与传统方式所用的ORC电压腐蚀的银电极测试结果相比较,银纳米线阵列具有更明显的表面增强拉曼散射效应,前者的探测浓度极限约为10-9M,而后者约为10-13 M,比前者高4个数量级。
为了验证上述现象的普适性,笔者又进一步观察了银纳米线阵列对于氯苯等有机污染物的表面增强拉曼响应,得到了很好的效果。其中氯苯的最低探测浓度可以达到10-6M,已经达到了国际上对于氯苯污染所规定的最低标准。
以上系列研究成果说明,锻纳米线阵列的表面增强拉曼散射效应可以应用于含有氯取代苯环有机污染物的痕量探测,这为设计快速、便携式探测器件的制备提供了核心材料基础。
3.笔者发现了纳米线阵列对于入射激发光存在径向和轴向两种不同的吸收模式,并且进一步找到了对于吸收模式进行调节的方法:通过减小纳米线阵列的线径,可以使径向吸收模式发生蓝移,而通过增大纳米线阵列的长径比,可以使轴向吸收模式发生红移。笔者研究了银纳米线表面等离子体共振吸收模式径向和轴向的差异的产生机制,并用表面等离子体共振吸收对上述现象给出了合理的解释。