纳米结构的增强拉曼散射光谱研究 ——从纳米线表面增强拉曼散射传感器到双针尖增强拉曼散射光谱

论文摘要

等离子体子（Plasmon）是导体中自由电子集体的电磁振荡量子化后得到的准粒子。表面等离子体子（Surface Plasmon）则是限制在导体表面的等离子体子。如果导体自身尺度非常小或者导体有细微的表面结构,并且其尺寸远小于光波长,那么在光场照射下这类表面上激发出的表面等离子体子将被限制在特定的表面结构处,形成叫做局域表面等离子体子（Localized Surface Plasmon）。与光滑导体表面上存在的表面等离子体子不同,存在于纳米尺度导体结构上的局域表面等离子体子可以与光子产生强耦合共振,从而在导体纳米微结构表面产生一个局域的增强电场。金属纳米结构在激发光照射下在纳米结构表面产生局域增强电场的现象有很多应用,表面增强拉曼散射（Surface-enhanced Raman Scattering）和针尖增强拉曼散射（Tip-enhanced Raman Scattering）是其中两个非常重要的方面。表面增强拉曼散射是利用存在于金属纳米结构中的增强电场放大吸附在金属表面分子的拉曼散射信号:而针尖增强拉曼散射则是利用存在于扫描探针显微镜的金属针尖处的局域增强电场来放大吸附在样品表面分子的拉曼散射信号。由于扫描探针激发而得的光谱信号的来源被限制在针尖下部有限范围内,随着针尖在样品表面上的移动就可以得到表面不同位置的光谱信息,这样就突破光波长的极限实现分辨纳米尺度量级的光学信息。本论文第一章概述等离子体子和表面等离子体子的一些概念、性质和相关研究状况;第二章介绍表面增强拉曼散射的原理及相关应用并对纳米线阵列中表面增强拉曼散射的光偏振依赖性进行了研究;第三章介绍针尖增强拉曼散射的相关信息,研究了“双针尖”耦合形式的针尖增强拉曼散射光谱,并对针尖增强拉曼散射研究中出现的各种现象进行了讨论。第四章介绍用扫描隧道显微镜对金表面上的纳米颗粒和吸附的分子所进行的一些研究。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 等离子体子（Plasmon）
• 1.2 表面等离子体子（Surface Plasmon）
• 1.3 粗糙表面的表面等离子体子
• 1.4 金属纳米颗粒的表面等离子体子
• 1.5 基于表面等离子体子共振的相关应用
• 1.5.1 表面等离子体子光波导
• 1.5.2 基于纳米壳结构颗粒的癌症治疗
• 2 金纳米颗粒在纳米线阵列中的表面增强拉曼散射光谱研究
• 2.1 拉曼散射光谱及表面增强拉曼散射光谱
• 2.1.1 拉曼散射光谱
• 2.1.2 表面增强拉曼散射光谱
• 2.2 金纳米气溶胶颗粒的制备
• 2.3 InP纳米线阵列的生长制备
• 2.3.1 纳米线生长的研究背景及进展
• 2.3.2 InP纳米线生长方法
• 2.3.3 InP纳米线阵列
• 2.4 纳米线阵列中的表面增强拉曼散射及其光偏振依赖性的研究
• 2.4.1 用纳米线和纳米颗粒制备表面增强拉曼散射传感器的设计想法
• 2.4.2 实验步骤
• 2.4.4 纳米线阵列表面增强拉曼散射及光学偏振性研究
• 2.4.5 结论
• 3 针尖增强拉曼散射光谱
• 3.1 针尖增强拉曼散射光谱的机制-针尖上的表面等离子体子共振
• 3.2 扫描探针显微镜与尖端增强拉曼散射光谱
• 3.2.1 基于扫描隧道显微镜（STM）的针尖增强拉曼散射系统
• 3.2.2 基于原子力显微镜（AFM）的针尖增强拉曼散射系统
• 3.2.3 扫描近场显微镜
• 3.3 探针制备
• 3.3.1 金扫描隧道显微镜针尖
• 3.3.2 银扫描隧道显微镜针尖
• 3.4.3 原子力显微镜针尖表面金属涂层以及原子力显微镜针尖吸附颗粒
• 3.4 基于扫描隧道显微镜的针尖增强拉曼散射系统设计
• 3.4.1 激发方式与角度
• 3.4.2 如何找到针尖
• 3.5 针尖增强光谱的特点
• 3.5.1 来自针尖的增强
• 3.5.2 超高的光学分辨率
• 3.5.3 单分子针尖增强拉曼散射光谱
• 3.6 在金颗粒上的针尖增强拉曼散射
• 3.7 针尖增强拉曼散射光谱中来自金属的背景
• 4 扫描隧道显微镜研究金纳米颗粒和分子在金表面上的吸附对金表面的修饰
• 4.1 金颗粒在金表面上的研究
• 4.2 分子在金表面的吸附及其对金表面的改造
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况
• 创新点摘要
• 致谢