Au、Ag表面增强拉曼光谱基底设计及性能研究

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表面增强拉曼散射(Surface Enhanced Raman Scattering,SERS)是一种与粗糙表面相关的表面增强效应,对拉曼信号有较好的增强效果。具有极高的检测灵敏性,对微/痕量物质可进行快速检测,已成为表面科学的重要工具之一。目前,它的应用范围十分广泛,涉及食品安全、环境保护、医学检测和纳米科学等多个领域。在检测过程中,决定检测效果强弱的一个重要因素就是基底性能,所以研究SERS基底信号增强规律、开发新型高性能SERS基底便成为热门问题。近几年,为实现SERS基底制备工艺简单、成本低、增强效果好等优点,在人工和天然制备表面增强拉曼散射(SERS)活性基底及其性能研究方面国内外已有报道。本文针对这一热点问题开展了对米状银纳米颗粒结构的电磁场增强效果的理论模拟和新型金/蜻蜓翅膀生物基底的性能测试。主要内容如下:首先,论文对三维时域有限差分法(3D-FDTD)的原理做了简介,同时对局域电磁场中增强因子常见的几种计算方法也做了介绍。选择使用3D-FDTD法对不同结构的米状银纳米颗粒的电场分布进行了数值分析,分析出米状银纳米颗粒尺寸、颗粒数量、颗粒之间的间距对局域电场的增强规律。其次,论文设计了金纳米颗粒的制备过程,通过调整反应物的加入量,制备出不同半径的金纳米颗粒,并以此为基础完成金/蜻蜓翅膀基底的制备。使用罗丹明6G(R6G)作为探针分子,对制备出的新型基底进行拉曼信号性能测试。最后,论文利用3D-FDTD法模拟金/蜻蜓翅膀的增强能力。设置与实验制备出的金/蜻蜓翅膀结构基本相似的模型,计算得出每组模型的最大局域电场,从理论与实验两方面系统地分析了此基底的性能。
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