基于局域表面等离激元共振的金属纳米结构折射率传感
金纳米球壳对的局域表面等离激元共振特性研究
金纳米球壳对的局域表面等离激元共振特性研究摘要：运用有限元方法来分析金纳米球壳对的几何结构参数与物理参量对表面等离激无共振的散射与消光光谱所产生的影响作用，并通过参照等离激元的杂化理论展开更进一步的理论分析。
最终的效果显示，在金壳厚度增大时，金纳米球壳对的散射与消光共振峰会在产生蓝移之后，继而红移，并在金纳米球壳的间隙变小时，或是伴着金纳米球壳内核尺寸与介质折射率的变大，散射与消光共振峰都会产生红移；随后伴着金壳厚度减小，或是内核尺寸变小时，抑或是内核介质的的射率变大，金纳米球壳对的散射和消光共振的强度逐渐变弱，而在金壳间隙变小之后，金纳米球壳对的散射共振强度先是不断增强之后再变弱，消光共振的强度慢慢加强，其数值试验和理论研究结果是相同的。
关键词：金纳米球壳对；局域表面等离激元共振；有限元通过相关研究可知，在入射光的照射下，金属纳米颗粒的表面将会有感应电荷产生，这是受到光场驱动使感应电荷引发产生的回复力而导致的自由电子整体振荡所产生的局域表面等离激元共振，在颗粒的四周，电磁场呈现出了近场增强的现象，而且还形成了剧烈的光学散射与吸收共振的情况。
通过金纳米的各种形状进行分析可知，光学散射与光学吸收的共振峰峰位是随着纳米颗粒形状与大小、以及介质环境的发生转变而变化的。
由此可知，贵金属纳米颗粒有着等离激元共振的特殊性质，因在光学、生物学、以及医学诊断等多项领域中被普遍应用，得到了广泛关注。
1、模型与理论近几年来，有关于金纳米球壳的相关研究应用取得了一定进步与发展。
经过一系列的实验研究，相关人士凭借着等离激元杂化理论的支持，为金纳米球壳的复合结构研究提供了理论图形。
金纳米球壳对的局域表面等离激元共振特性研究由此展开，它是由两个一模一样的金纳米球壳所构成的系统，分别是金纳米球壳内核半径（r1)与外壳半径(r2)，金壳的厚度是用字母s表示的，并且s=r2-r1,金纳米球壳对的间距用d表示，n是内核介质折射率。
基于表面等离子体共振效应的Ag(Au)
2016年第35卷第1期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·131·化工进展基于表面等离子体共振效应的Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的研究进展邵先坤，郝勇敢，刘同宣，胡路阳，王媛媛，李本侠（安徽理工大学材料科学与工程学院，安徽淮南 232001）摘要：由具有表面等离子体共振（surface plasmon resonance，SPR）效应的贵金属（Ag、Au等）纳米粒子和半导体纳米结构组成的纳米复合光催化剂具有优异的可见光光催化活性，成为新型光催化材料的研究热点之一。
本文综述了Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的制备方法、基本性质以及光催化应用方面的一些重要研究进展；重点介绍了Ag(Au)等纳米粒子的表面等离子共振增强可见光催化活性的机理，以及Ag(Au)纳米粒子与不同类型半导体复合的光催化剂的光催化性能，其中所涉及的半导体包括金属氧化物、硫化物和其他一些半导体；本领域未来几年的研究热点将集中于新型高效的Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的微结构调控及其用于可见光驱动有机反应的机理研究。
本文为基于SPR效应构建Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的研究提供了有力的参考依据，并且指出Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的研究是发展可见光高效光催化剂的重要方向。
关键词：贵金属；表面等离子体共振；可见光响应；催化剂；降解；制氢中图分类号：O 649.2 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）01–0131–07DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.01.017Research progress of Ag(Au)/semiconductor nanohybrid photocatalystsbased on surface plasmon resonanceSHAO Xiankun，HAO Yonggan，LIU Tongxuan，HU Luyang，WANG Yuanyuan，LI Benxia （School of Materials Science and Engineering，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，Anhui，China）Abstract：Nanohybrid photocatalysts composed of noble metal nanoparticles (Ag，Au，etc.) with surface plasmon resonance (SPR) effect and semiconductor nanostructures have become one of the research hotspots in the field of advanced photocatalysis because of their excellent photocatalytic activity under visible light irradiation. This review summarized some significant research progress about the basic properties，preparation methods and the photocatalytic applications of the plasmonic Ag(Au)/semiconductor nanohybrid photocatalysts. We emphatically introduced the mechanism for the enhanced effect of Ag(Au) nanoparticles with SPR on visible light response photocatalytic activity，as well as the photocatalytic performance of the nanohybrid photocatalysts composed of Ag(Au) nanoparticles and different types of semiconductors，including metal oxides，metal chalcogenides and other semiconductors. The research in this field will focus during the next few years on the microstructure modulation of the novel high-efficiency Ag(Au)/semiconductor nanohybrid photocatalysts and their photocatalytic mechanisms in visible-light-driven organic reactions. This收稿日期：2015-04-21；修改稿日期：2015-06-18。
金属纳米颗粒的表面等离激元共振
金属纳米颗粒的表面等离激元共振近年来，金属纳米颗粒在纳米科技领域中扮演着重要的角色。
其独特的形貌和结构使得金属纳米颗粒在光学、电子学等领域有广泛的应用。
而金属纳米颗粒的表面等离激元共振效应正是其中一个引人关注的现象。
表面等离激元共振是一种与金属纳米颗粒特有结构相联系的现象。
当光线照射在金属纳米颗粒上时，电子能级受到激发并与光子产生相互作用。
这种相互作用会导致新的电子-光子耦合态的形成，同时也导致了金属纳米颗粒上电荷密度分布的变化。
这一过程中，金属纳米颗粒表面的自由电子与光子能量相互耦合，形成所谓的表面等离激元。
那么，具体来说，表面等离激元共振又意味着什么呢？首先，金属纳米颗粒在表面等离激元共振发生时，其吸收和散射光谱将发生显著变化。
这些变化可以通过光谱分析等实验手段进行研究。
通过对吸收和散射光谱曲线的分析，我们可以获得金属纳米颗粒的表面等离激元共振频率以及它与外界环境的相互作用。
这对于理解纳米颗粒在光学传感、表面增强拉曼光谱等应用中的行为机制至关重要。
其次，表面等离激元共振还导致了局部电场的增强效应。
当光子与金属纳米颗粒相互作用时，局部电场在颗粒附近被局部增强。
这种局部电场增强效应使得金属纳米颗粒成为一种优越的局域增强电场平台。
基于这一效应，我们可以利用金属纳米颗粒来实现更高灵敏度的荧光探针、表面拉曼散射信号放大、二次谐波产生等应用。
此外，表面等离激元共振也可用于光热治疗、太阳能电池和激光光谱等领域，发挥着重要作用。
最近的研究还发现，金属纳米颗粒的尺寸、形状和组成对其表面等离激元共振行为有重要影响。
通过调节金属纳米颗粒的这些参数，可以控制其表面等离激元共振频率的位置和强度。
因此，精确控制金属纳米颗粒的表面等离激元共振行为对于实现特定应用具有重要意义。
许多研究正在探索新的合成方法和加工技术，以实现对金属纳米颗粒的形貌、尺寸和组成的精确控制。
总结起来，金属纳米颗粒的表面等离激元共振是一种引人关注的现象，具有广泛的应用潜力。
mim波导耦合谐振腔系统中fano共振效应及其传感特性研究
MIM波导耦合谐振腔系统中Fano共振效应及其传感特性研究摘要表面等离极化激元（Surface plasmon polaritons,SPPs）为金属表面自由电子与入射光子相互作用产生的沿金属表面传播的电荷密度波，其具有突破光衍射极限的能力，使得在亚波长尺度对光进行操作成为可能。
随着研究的不断深入，基于SPPs的光子器件已经被广泛应用于光开关、滤波器、生化传感等领域。
基于金属-介质-金属（Metal-Insulator-Metal，MIM）波导的SPPs微纳传感器因具有体积小、灵敏度高和易于集成等优点引起了人们的广泛关注。
最近研究表明基于波导耦合谐振腔结构能够产生一些新颖的非线性光学效应，如Fano共振、电磁诱导透明。
Fano 共振效应是一种弱耦合作用，其对结构参量和周围介质的变化异常敏感。
因此，利用SPPs波导耦合谐振腔结构实现的Fano共振效应来设计高灵敏SPPs传感器是一种非常有希望的途径。
本论文基于耦合模理论（Coupled Mode Theory,CMT）和有限元方法（Finite element method,FEM），研究了MIM波导耦合谐振腔结构中的Fano共振现象，并设计了三种基于Fano共振效应的高灵敏折射率传感器，主要工作简述如下：1、设计了MIM波导耦合齿形和圆环形谐振腔结构，利用有限元方法仿真分析了该结构传播特性和折射率传感特性，结果在波导耦合谐振腔结构中产生了Fano共振。
研究结果表明该结构折射率灵敏度为1057nm/RIU，FOM值为1016。
基于耦合模理论详细分析了该耦合结构Fano共振的产生机理。
此外，设计了两种衍生结构，在衍生结构的透射光谱中观察到了多个Fano共振峰，进一步研究了衍生结构的稳态磁场分布与结构参数对Fano共振线型的影响。
2、设计了MIM波导耦合矩形和圆环形谐振腔结构，采用有限元方法研究了该结构的传播特性，结果在透射光谱中观察到了非对称的Fano共振线型。
表面等离激元技术研究及其应用
表面等离激元技术研究及其应用表面等离激元技术是一种基于表面等离激元的物理过程和现象，利用银、金、铜等可导电金属表面的自由电子与电磁波相互作用形成的激元波，从而实现高灵敏的信号检测、传输和转换。
近年来，该技术在传感、生物医学、光电通信等领域得到了广泛的研究和应用。
一、表面等离激元技术的原理表面等离激元是一种集体激发行为，即在可导电表面上，自由电子在外加电场作用下与入射光场发生共振耦合，形成一种电磁波和电子的复合粒子，称为表面等离激元。
表面等离激元具有极强的场增强效应和易于激发、调控的特点，其电磁波和电子相互作用的强度和尺度均在纳米级别，因此具有高灵敏度和局域性。
二、表面等离激元技术的研究进展表面等离激元技术是一种新兴的研究领域，在传感、生物医学、光电通信等领域具有广泛的应用前景。
近年来，国内外的研究机构和企业纷纷涉足表面等离激元技术的研究和应用，不断推动着该技术的发展。
在传感领域，表面等离激元技术已被广泛应用于化学、生物、环境等各类传感器中。
利用表面等离激元传感器可以实现对微量分子、细胞和微生物的高灵敏检测，具有检测速度快、选择性高、灵敏度高等优点。
例如，利用表面等离激元技术开发的呼吸道病原体检测系统，可以在短时间内对呼吸道病原体进行检测，具有高效、准确的特点。
在生物医学领域，表面等离激元技术已被应用于分子诊断、细胞成像、药物筛选等方面。
其高灵敏度和局域性可以实现对生物分子和细胞的高分辨率成像，在癌症早期诊断和治疗、细胞生物学研究等方面具有广阔的应用前景。
在光电通信领域，表面等离激元技术正在被广泛应用于光通信器件和系统中。
利用表面等离激元波导、光学调制器等器件，可以实现高速、高带宽的光通信传输。
同时，表面等离激元技术还可以实现光信号的调制、放大和转换，为光通信系统的发展提供了新的方向和思路。
三、表面等离激元技术的应用前景表面等离激元技术具有广泛的应用前景，在未来的传感、生物医学、光电通信等领域将继续发挥重要作用。
等离激元Fano共振纳米结构及其应用
等离激元Fano共振纳米结构及其应用屈炜;李静【摘要】金属纳米体系中的局域表面等离激元具有丰富的光学性质,广泛应用于化学、材料和生物等领域.等离激元Fano共振的发现,使等离激元纳米结构具有更大的场增强、更密集的谱间隔以及更高的光谱灵敏度,从而成为了表面等离激元光子学中的研究热点之一.对表面等离激元Fano共振的形成机理进行了解释.研究了目前能产生Fano共振效应的3种典型的等离激元微纳结构:对称性破缺、颗粒团簇和纳米阵列,这些结构在表面增强拉曼散射、生物探测和光电器件等方面有很多潜在的应用.%Localized surface plasmon resonance in metal nanostructures has many important applications in physics, chemistry, materials, and biology sciences, owning to its rich optical properties.Fano resonances in plasmonic nanostructures has been considered to have larger field enhancement, more intensive spectral intervals and higher sensitivity, and thus this research has become a hot area in plasmon photonics.This article introduces the formation of Fano resonances in plasmonic nanostructures, and demonstrates three typical structures in the existent studies: symmetry breaking, nanoclusters and nanoparticle array with promising applications in surface enhancement Raman scattering, biological detection, and photoelectric device.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】5页(P15-19)【关键词】Fano共振;表面等离激元;环盘结构;纳米团簇结构;有序阵列【作者】屈炜;李静【作者单位】中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽合肥 230027;中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽合肥 230027【正文语种】中文【中图分类】TN29Fano共振是量子系统的显著特征之一，它是由于分立态能级与连续态能级相互重叠后，出现了量子干涉，在特定的光学频率处出现了零吸收，造成光谱呈非对称线型的一种现象[1-3]。
基于纳米技术的新型光学传感器研究
基于纳米技术的新型光学传感器研究在科技的飞速发展过程中，纳米技术已经成为各个领域的研究热点。
其中，基于纳米技术的新型光学传感器在光学检测领域引起了广泛关注。
本文将从纳米技术的原理出发，探讨新型光学传感器的优势和应用前景，同时介绍了一些相关的研究成果。
纳米技术作为一种独特的技术手段，可以在纳米尺度上对材料进行精确控制和调控。
在光学传感器的研究中，纳米技术可以通过构筑纳米结构，调控光的传播和相互作用方式，从而实现对光学信号的高灵敏度检测。
相比传统的光学传感器，基于纳米技术的新型光学传感器具有以下明显优势。
首先，基于纳米技术的新型光学传感器具有高灵敏度的特点。
纳米材料可以引起光的局域场增强效应，从而使信号的检测灵敏度大大提高。
例如，金属纳米颗粒在可见光范围内具有表面等离激元共振效应，当用于传感器中时，可以显著提高传感器的灵敏度，并且实现单分子级别的检测。
其次，基于纳米技术的新型光学传感器具有快速响应的特点。
纳米结构的尺寸小，能够实现实时的光学信号检测和响应。
与传统光学传感器相比，基于纳米技术的光学传感器响应速度更快，适用于实时监测和快速检测的应用场景。
此外，基于纳米技术的新型光学传感器还具有高度可定制化和集成化的优势。
通过调控纳米结构的形貌和组合，可以实现对传感器的多参数探测和定制。
同时，纳米技术还可以与其他技术手段结合，实现光学传感器的多功能集成，提高整体性能。
基于纳米技术的新型光学传感器具有广泛的应用前景。
例如，在生物医学领域，通过纳米材料在细胞水平上的应用，可以实现对生物标志物的高灵敏度检测，用于疾病的早期诊断和治疗监测。
在环境监测领域，基于纳米技术的光学传感器可以实现对有害气体和水体中微量污染物的高效检测和监测。
在光通信领域，纳米结构的应用可以提高光信号的传输效率和容量，实现更高速度和更稳定的数据传输。
目前，基于纳米技术的新型光学传感器的研究已经取得了一些重要的成果。
例如，研究人员通过纳米结构的设计和操控，成功开发出了具有高灵敏度和快速响应的纳米光子晶体传感器。
表面等离激元共振技术在化学分析中的应用
表面等离激元共振技术在化学分析中的应用表面等离激元共振技术是一种近年来在化学分析领域备受关注的新兴技术。
它利用纳米结构和光学等离激元的相互作用，可以实现对化学分子的高灵敏度检测和谱学分析。
本文将从表面等离激元的基本原理、应用于化学分析的优势以及具体的应用案例三个方面阐述表面等离激元共振技术在化学分析中的应用。
表面等离激元是一种集体震荡模式，当光波与金属或其他材料的界面相互作用时产生。
这种相互作用可以增强电磁波的局域化，使光场与介质之间的相互作用增强。
这种增强效应在化学分析中可以用于增强光信号的散射、吸收和发射等过程，从而提高检测的灵敏度。
同时，由于表面等离激元的共振特性，可以选择特定的波长进行激发和检测，增加分析的选择性。
在化学分析中，表面等离激元共振技术具有多种优势。
首先，由于等离激元仅在与金属表面极为接近的几纳米范围内存在，因此可以实现对样品的高灵敏度检测。
其次，由于等离激元受光波波长的影响，可以用于实现对不同分子的选择性检测。
再次，等离激元共振技术可以与其他光学和电化学技术相结合，形成多功能的分析平台。
最后，等离激元共振技术还可以实现对材料的纳米结构和纳米粒子的表征，对材料科学和纳米技术的研究具有重要意义。
在化学分析中，表面等离激元共振技术已经得到了广泛的应用。
其中一个重要的应用领域是生物分析。
由于等离激元技术对分子的特异性敏感，可以实现对生物分子的高灵敏度和选择性检测。
例如，可以通过等离激元共振技术实现对生物分子的定量检测，如蛋白质、核酸和糖类等。
此外，等离激元共振技术还可以用于生物传感器的设计和构建，实现对细胞、细菌和病毒等微生物的检测。
另一个重要的应用领域是环境分析。
表面等离激元共振技术可以实现对环境中的微量有机物和无机物的检测。
例如，可以通过等离激元技术对水中的水污染物、土壤中的土壤污染物以及大气中的挥发性有机物进行监测和分析。
这些分析数据可以为环境保护和环境治理提供重要依据。
此外，表面等离激元共振技术还被应用于材料科学和纳米技术的研究。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基于局域表面等离激元共振的金属纳米结构折射率传感
高灵敏度的折射率传感结构在生物化学传感等领域有着很大的潜在应用价值。
因为金属纳米结构在表面等离激元共振(SPR)产生时会有明显的电磁场增强,所以在高灵敏度传感应用上受到广泛关注。
有两种SPR被用于折射率传感应用：传播的SPR(PSPR)和局域的SPR (LSPR)。
由于传播SPR传感需要非常光滑的金属表面,所以对加工精度要求高。
因此,本文这里主要讨论基于LSPR的折射率传感。
金属纳米结构的尖端在LSPR产生时会有很强的局域电场,因此带有尖端的金属纳米结构传感灵敏度很高。
本文第一部分工作中我们研究了带有四个尖端的X形金属纳米孔阵列结构的LSPR传感。
实验和数值模拟的结果均证实了该结构拥有高折射率传感灵敏度。
此外特异介质结构在磁响应共振产生时也会有很强的局域电场,因此他们可以应用于高灵敏度折射率传感。
本文余下的工作就是制备用于传感的特异介质结构。
金属纳米环形圆盘结构有很大的局域电场和周围用于传感的电介质环境相
互叠加的空间。
X形金属纳米颗粒结构有四个尖端,在LSPR产生时会有很强的局域电场。
所以上面提的这2种结构都有很高的传感灵敏度。
基于此,我们制备了由金属纳米环形圆盘、电介质层和金属膜以及由X形金属纳米颗粒、电介质层和金属膜组成的环形圆盘和X形2种特异介质结构。
实验测试和数值模拟证实了这2种结构有着非常高的传感灵敏度。
本文的主要工作分为如下几个方面：1.X形金属纳米孔阵列折射率传感带有尖端的金属纳
米结构在产生LSPR共振时有着很强的局域电场。
这一现象使得局域的电场与周围电介质环境的相互作用就很强,因此这种结构有着高传感灵敏度。
基于此,我们制备了带有四个相对尖端的X形金属纳米孔阵列结构。
四个尖端的存在使得电场在LSPR产生时被很好的局域和增强了。
透射光谱的实验测试结果表明了该结构的折射率传感灵敏度可以达到945nm RIU-1,高于其他诸如圆环形和月亮形这样的拥有高折射率传感灵敏度的金属纳米结构。
我们通过使用电介质支撑柱将X形金属孔阵列支撑起来远离玻璃衬底来增加局域电场与周围用于传感的电介质环境的叠加区域,然后减少尖端间距进一步增强局域电场。
经过这两步之后,该结构在近红外区域传感灵敏度达到了非常高的1398nm RIU-1。
这一高传感灵敏度使得该结构在芯片集成高灵敏度生物医学传感和光学集成器件中有很大的潜在应用。
2.环形圆盘特异介质折射率传感由于磁共振的产生导致特异介质结构周围有很强的局域电场。
这使得局域的电场与周围用于传感的电介质环境有强相互作用。
因此特异介质有很高的传感灵敏度。
环形圆盘金属纳米结构在LSPR共振时比其他如圆盘和球形金属纳米结构有着更大的局域电场与周围用于传感的电介质环境相互叠加的区域,因此该结构有更高的传感灵敏度。
基于上面提的这两点,我们制备了在金属膜上由电介质层支撑的金属环形圆盘构成的特异介质结构。
反射光谱的测量表明该结构的传感灵敏度可达到1304nm RIU-1.我们通过增加电介质层的厚度和环形圆盘内半径进一步的增加局域电场和电介质环境相互
叠加的区域。
增加环形圆盘内半径同时还可以增加局域的电场强度。
在这2步之后,该结构的折射率传感灵敏度可以达到1842nm RIU-1,比其他
常见的用于传感的基于透射反射光谱测试的金属纳米结构传感灵敏度要高。
3.X 形特异介质折射率传感X形金属纳米颗粒带有四个尖端,可以在局域表面等离激元共振时产生强局域电场,因此该结构有高传感灵敏度。
这里我们制备了由X形金属纳米颗粒、电介质层和金属膜组成的X形金属特异介质结构。
反射光谱的测量表明该结构的传感灵敏度可达到2487nmRIU-1。
通过增加X形金属颗粒的尺寸,可使传感灵敏度进一步提高到2835nm RIU-1。
这一超高传感灵敏度使得该结构在芯片集成的纳米光学生物传感和集成设备等
领域有着很大的潜在应用价值。