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随着电子和信息科学的飞速发展,器件逐步走向微型化、多功能化、集成化以及安装的微型化发展方向。无机物由于其光谱谱线较窄,成为应用广泛的光、电、磁等功能材料。特别是一维纳米材料激光器具有高的载流子浓度、激光发射阈值低、热稳定性高和激光发射线宽小等优点以及基于贵金属的表面等离子体共振特殊的光学性质在新一代集成电路的构建和纳米光子学领域中将有不可替代的位置,它不仅可以做为集成化器件的结构单元,还可以充当在器件之间的媒介物。但是长期以来,但是长期以来如何扩大半导体激光器的调谐范围一直是国内外材料专家的奋斗目标。相对于一维无机半导体材料,一维贵金属纳米材料在生物检测上有着广泛的应用,特别是基于金纳米管的表面等离子体共振的表面拉曼增强是研究的重点。传统应变驱动自卷方法制备的微纳金管有着管壁收缩和坍陷问题,抑制了微纳金管在检测方面的应用。针对以上两个问题,本论文由两部分组成:
1.以硫属半导体为研究对象,选择两种晶体结构相近的发光半导体硒化锌和硫化锌进行复合,以金作为催化剂,采用物理气相沉积(PVD)的方法制备出不同组分的单晶ZnS1-xSex纳米带;调整两种组分的掺杂比例,可实现了有效的带隙调控。在双光子泵浦实验中,在800nm飞秒脉冲激光泵浦下,三组分ZnS1-xSex纳米带的自发发射峰随着Se的含量的增加从422nm逐渐红移到464nm。令人惊喜的是,当泵浦能量密度高于阈值时,复合纳米带表现出了可调谐的上转换激光发射,并伴有谱线半峰宽的明显窄化,每个样品对应一系列尖锐的光谱峰,表明样品出现了受激发射行为;时间分辨光谱中的荧光寿命呈现了双指数衰减,揭示了ZnS1-xSex纳米带有两个不同的复合中心,两个组分的寿命都随着泵浦能量的增加而减小,进一步证明样品出现了受激发射的现象。同时我们发现,所制备的单根纳米带也表现出了双光子泵浦的受激发射行为,其光致发光光谱由多种模式的受激发射组成,不同的模式问随着激发密度表现出了增益竞争。
2.以贵金属金为研究对象,我们提出了一种基于物理气相沉积制备纳米管的方法—气相诱导多孔薄膜应变法,制备出了形貌规整的圆柱形的微纳米金管。因为Se的熔点较低,在其熔点附近,Se以气态形式存在,而金以固态薄膜形式存在,所以我们可以通过Se粉蒸发,使金膜的上下表面产生温度梯度,进而产生应变。这种气相驱动金膜自卷曲成管的优势在于可以有效地避免管壁收缩或塌陷,这是由于整个制备过程不存在毛细管作用力。所制备的金纳米管的直径和长度可以通过改变Se粉的蒸发温度和金膜的厚度有效控制,而管壁数目也可通过Se粉的蒸发时间和速度进行调控。由于制备出的金纳米管表现出明显的多孔结构,可提供较多表面增强拉曼的“热点”,SERS信号比传统方法制备的金膜提高了五倍,在生物小分子探测中表现出了较高的灵敏度。