纳米微结构对有机染料的荧光调制

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本文从理论和实验上分析了纳米材料(有序纳米微结构和金属纳米粒子)对有机染料荧光特性的调制作用。文中分别就有序纳米微结构多孔氧化铝对有机染料罗丹明6G的荧光调制作用进行了论述,并且对有序纳米微结构多孔氧化铝和金属纳米粒子联合调制罗丹明6G荧光特性进行了实验和分析。文章最后就激光照射对复合材料(罗丹明6G-多孔氧化铝)荧光性质的影响进行了实验研究和机理分析。主要研究内容包括:   1.研究了有序纳米微结构多孔氧化铝对于有机染料罗丹明6G吸收和荧光特性的影响研究。测量了同浓度的罗丹明6G灌注到四种不同尺寸的多孔氧化铝微结构中的吸收光谱和荧光光谱。实验发现随着多孔氧化铝的表面体体积比的增大,复合样品的吸收峰和荧光峰强度都变强,并且光谱的半高宽都变窄,也就是说吸收峰和荧光峰都更加明显。我们确定了多孔氧化铝的表面体积比越大,空间限制作用越强,并且这种纳米微结构的空间限制作用使得罗丹明6G分子更多地以单体形式存在,这样荧光效率提高,出现荧光增强现象。因此,通过控制氧化铝的表面积体积比(就是微结构的尺寸)可以实现对染料分子存在形式的控制,进而实现对染料荧光特性的调制。   2.研究了有序纳米微结构和金属纳米粒子对染料荧光特性联合调制作用。通过掺杂不同浓度的金纳米粒子的罗丹明6G溶液的荧光谱,可以知道金纳米粒子可以通过表面等离子体振荡效应使罗丹明6G荧光增强,但是当掺杂浓度升高时,则会出现明显的淬灭效应。而把掺杂的罗丹明6G溶液灌注到有序纳米微结构中,多孔氧化铝微结构的强空间限制作用使得掺杂的金纳米粒子和罗丹明6G分子都更多地以单体形式存在,有效地抑制了金纳米粒子与染料分子之间和染料分子之间的聚合作用,从而抑制了由此产生的荧光淬灭效应,这样便使得金纳米粒子表面等离子体振荡效应产生的罗丹明6G分子荧光增强效应得到充分发挥。我们优化了多孔氧化铝微结构的尺寸,选择了表面积体积比最大的多孔氧化铝,以及掺杂了恰当的浓度的金纳米粒子,我们最后得到的复合样品实现了5.7倍的荧光增强。我们成功地用纳米微结构和金属纳米粒子调制了染料分子的荧光特性,并且这种联合调制抑制了荧光淬灭,实现了较大的荧光增强。   3.讨论了激光照射对复合材料(罗丹明6G-多孔氧化铝)的荧光特性的影响并分析机理。复合材料随激光照射时间变化的吸收和荧光谱显示,随着激光照射时间的延长,吸收和荧光谱的峰位置逐渐蓝移,峰强度持续下降。我们认为这是激光改变了罗丹明6G分子在多孔氧化铝孔中的存在形式。根据数值模拟结果和理论分析在多孔氧化铝中的罗丹明6G分子,在激光照射下,发生了由发射性J聚合物向非发射性H聚合物的转变以及由单体向非发射性H聚合物的转变两个过程。其中聚合物之间的转变是主要过程。我们可以通过激光照射来调控染料分子在纳米微结构中的存在形式,进而实现对复合材料的光学性质的调控。  
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