金属纳米结构对染料分子和稀土离子光学性质的调控

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最近几年,金属纳米粒子的表面等离激元共振特性由于在分子探测器、光开关、近场光学显微镜和光聚焦等方面的应用而备受关注。表面等离激元共振在众多方面的应用不仅仅由于其共振波长可随金属纳米粒子的尺寸、组分、形貌和周围环境灵活改变,更是由于在光激发下,金属纳米粒子表面存在着强的电磁场。这些强的电磁场使得金属纳米粒子与其周围的物质发生共振耦合或非共振耦合作用。在本论文中我们合成了不同结构、形貌和组分的金属纳米结构,并研究了它们对染料分子和稀土离子光学性质的调控,具体内容包括如下:首先,在金纳米棒体系下,我们合成了金纳米棒与近红外肽菁酸液晶染料IR806的耦合体系一AuNR@IR806,并研究了该体系的多个杂化共振峰。结果发现,在该体系的消光光谱中有五个杂化共振峰,我们对其进行了理论分析;并且这五个杂化共振峰的峰位与金纳米棒的纵向吸收峰位及染料浓度之间有依赖关系;。此外,我们还首次发现了染料在840纳米和912纳米两处新的激子吸收峰。。这些发现对调控液晶分子光学响应提供了一种表面等离激元-激子耦合的路径。其次,我们在水相下合成了银壳层覆盖的金纳米壳复合结构—Ag/Au/SiO2纳米核壳。我们通过调节纳米壳的厚度研究了单层壳颗粒Au/SiO2及双层壳颗粒Ag/Au/SiO2的表面等离激元共振特性。我们测试了样品的拉曼散射信号和非线性折射信号。结果表明,由于银壳层的覆盖使得样品的拉曼信号增加了17倍,而样品的非线性折射系数增加了30%。这些结果表示,金、银纳米壳层之间热点中的局域场由于银壳层的覆盖而增加。该结构可应用在电磁设备、传感器和非线性纳米器件等相关领域。此外,在金纳米棒体系下,我们用水热法合成了具有核壳结构的AuNR/Nd2O3(金纳米棒/氧化钕)纳米复合物。我们研究了该体系的生长机制、吸收特性和发光属性。实验结果发现,在纳米复合物合成过程中存在着Ostwald熟化过程;并且金纳米棒核能增强氧化钕壳的发光,其中在873纳米处的增强因子为3.3,而在1056纳米处的增强因子为1.5。同时,我们还研究了表面等离激元增强氧化钕发光特性与纳米复合物的共振吸收峰之间的依赖关系。最后,在金纳米棒体系下,我们通过改变生长环境和实验参数在金纳米棒体系下制备出AuNR/SiO2/Au纳米核壳结构,并研究了它们的形貌及表面等离激元共振特性。这些结构可以应用在在光学传感器、生物成像和生物标记等相关的领域领域。
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