表面等離激元增強發(fā)光研究.pdf

1、金屬納米結構的光學性質及其表面等離激元效應已經成為光電子學研究領域的一個嶄新的分支。表面等離激元共振的一個重要性質就是能夠顯著的增強金屬納米結構附近的局域電磁近場，能夠在納米尺度上對附近的電磁信號進行調制，具有很多潛在的應用。金屬納米結構在光電探測、熒光增強、生物化學傳感、集成光學器件、太陽能電池以及表面增強拉曼散射等領域獲得了廣泛的關注。
　　 研究簡單可控的方法在固態(tài)基質中引入金屬納米顆粒，并提高其穩(wěn)定性，同時研究其光學性質

2、的變化以及實際應用具有非常重要的意義。本文較為系統(tǒng)地研究了利用離子交換方法制備的銀摻雜鈉鈣玻璃的光學性質，并嘗試設計將其作為能量供體與熒光分子R6G相耦合，取得了以下結果：
　　 (1)采用Ag+-Na+離子交換的方法，在鈉鈣玻璃中引入Ag+，并通過后續(xù)熱處理形成銀納米顆粒，根據經典形核理論，銀納米顆粒的形成來源于Ag0的擴散聚集。
　　 (2)當離子交換中Ag+濃度較低時(C1=2.8％)，在低溫450℃下退火較難形成

3、銀納米顆粒，這一方面是由于形成銀納米顆粒需要具備一定的銀摻雜濃度濃度，此外，已經形成的微小納米銀團簇具有較高的活性，在長時間熱處理中容易被氧化而分解。在高Ag+濃度(C2=5.3％)條件下，通過調節(jié)退火溫度和時間，可以很方便的控制形成的銀納米顆粒的尺寸和濃度。
　　 (3)通過退火可以改善離子交換玻璃的光致熒光性質。退火后樣品的吸收和PL熒光強度均獲得了增強，其PL熒光主要來源于多個方面：(ⅰ)銀的多種類分子團簇(如Ag+、[A

4、g2+]、[Ag+2]、[Ag3+]和[Ag32+])濃度的增加對光吸收的增強作用。(ⅱ)類分子團簇之間的共振能量轉移。(ⅲ)在較高銀濃度下，隨著銀納米顆粒尺寸和濃度的不斷增大，離子交換玻璃的PL熒光強度不斷增大，這是源于銀納米顆粒的近場增強效應。當納米顆粒的尺寸增大到一定的條件下時，熒光發(fā)生了淬滅，這可能是熒光中心與銀納米顆粒之間的能量轉移作用。
　　 (4)通過分析熒光光譜、熒光激發(fā)譜以及瞬態(tài)時間分辨譜，我們認為熒光的變化來

5、一方面源于多種類分子銀團簇的濃度轉變，另一方面銀納米顆粒局域表面等離激元近場效應的作用也不容忽視。
　　 (5)我們設計一個多層平面結構，將熒光分子R6G旋涂于離子交換玻璃表面，分析了銀摻雜鈉鈣玻璃與R6G之間的耦合作用。在325nm激光入射條件下獲得了最大為7倍的R6G的熒光增強。熒光強度的增大主要來源于三個方面：(ⅰ)表面等離激元近場效應，金屬納米顆粒表面等離激元電磁近場的增強使襯底的吸收和熒光獲得了顯著增強。(ⅱ)輻射共振