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《武汉理工大学》 2016年
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基于光纤传感的金纳米颗粒制备及光学特性研究

孙雪婷  
【摘要】:光与金属表面的自由电子发生相互作用可以形成表面等离子体激子,使得入射光场的能量被局限在金属纳米结构表面,从而产生巨大的局部场增强效应,此特性可提高光纤传感的灵敏度或拓宽光纤传感的应用领域。因此,以光纤作为基础介质,将对外界环境变化敏感的金属纳米材料与光纤相结合,得到的光纤传感器,在生物、化学传感领域都引起了广泛的关注。常见的制备金纳米颗粒的方法有昂贵的基于半导体微加工技术的刻蚀法和易引入杂质的化学法。本文针对现有金纳米颗粒合成技术的不足,在制备金纳米颗粒的方法上进行了新的尝试,并研究了所制备的金纳米颗粒的光学特性,在此基础上制作了基于金纳米颗粒的光纤拉曼传感探头。本文的第一章,简述了常见金纳米颗粒的制备方法以及金纳米颗粒与光纤复合结构的研究进展。本文第二章在传统缓冲层辅助团聚制备金属纳米颗粒方法(Buffer Layer Assisted Growth,BLAG)的基础上发展了一种使用有机物薄膜充当缓冲层辅助生长金纳米颗粒及金纳米颗粒团聚体的方法。利用热退火“衬底-聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)-金膜”三明治结构,得到了金纳米颗粒及其团聚体。且通过控制加热温度和聚甲基丙烯酸甲酯厚度,得到了不同尺寸和不同团聚度的金纳米颗粒。通过检测团聚金纳米颗粒的表面增强拉曼散射光谱,结果显示金纳米颗粒耦合程度(即团聚程度)越大,拉曼峰强度越强。本文第三章改进现有制备金纳米颗粒阵列中预先对薄膜进行面内边界调制的方法,通过在周期性的凹凸衬底上镀膜时引入额外的衬底倾转角从而得到垂直方向上厚度受到周期性调制的金薄膜,来达到调制薄膜横截面积的相同目的。控制激光退火时瑞利不稳定性的影响从而获得二维有序金纳米颗粒阵列。并研究了厚度受到调制的金属薄膜退火形成有序金属纳米颗粒阵列的机理。本文第四章中利用氧化镁(110)面与金晶体的(110)面晶格匹配,在氧化镁的(110)晶面外延生长单晶金纳米线。将其与光纤尖锥耦合,表现出明显的光学传导特性。本文第五章以CVD生长石墨烯后的铜箔为衬底,利用PMMA做缓冲层辅助生长的方法,加热“铜片-石墨烯-PMMA-金膜”复合结构,得到了可通过溶解铜片实现转移的石墨烯金纳米颗粒复合薄膜,并将其转移至多模光纤端面,作为光纤拉曼传感探头。检测罗丹明6G(R6G)拉曼光谱发现,该复合薄膜检测极限可达1.0×10~(-8)mol/L,转移到光纤端面可检测1.0×10~(-7)mol/L分子浓度。
【学位授予单位】:武汉理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TP212;O614.123;TB383.1

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