基于贵金属纳米粒子LSPR的光学传感特性研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:chengleitao
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基于贵金属纳米结构的局域表面等离子体共振(Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR)易受其周围介质折射率影响的特性,可将其广泛应用于基于LSPR的光学传感/探测器中。针对当前文献中关于控制贵金属纳米颗粒折射率传感/探测性能重要参数研究的不系统性,本文借助离散偶极近似(Discrete Dipole Approximation,DDA)方法,对金、银纳米粒子的光学传感特性进行了研究,以期找到控制其折射率传感特性的主要物理参数。具体研究内容如下:1、模拟计算了单个的银纳米盘、银纳米盘的二聚体、银纳米球的多聚体的消光光谱,得到了对应纳米结构的LSPR波长;并计算了不同银纳米结构对应的折射率灵敏度,讨论了纳米粒子的形状、尺寸和构成二聚体、多聚体粒子单元间的近场耦合效应对相应折射率灵敏度的影响;提出了一个准确、可靠的用于计算贵金属纳米结构折射率灵敏度的公式,且公式结果与DDA模拟结果及文献实验结果相符甚好。2、模拟计算了金纳米球二聚体的消光光谱,通过改变构成二聚体纳米球间隙的距离,得到了对应纳米结构的LSPR波长;计算了相应的折射率灵敏度,分别得到了折射率灵敏度和折射率灵敏度的分数变化率(相对于单个纳米球的情况)随间隙距离和归一化二聚体尺寸(间隙距离/纳米球的直径)的变化规律;讨论了纳米球单元间的等离子体耦合对其折射率灵敏度及折射率灵敏度的分数变化率的影响。3、模拟计算了不同长径比金纳米棒的消光光谱,得到了对应棒LSPR波长随其长径比的变化规律;讨论了金纳米棒在可见和近红外波长范围内的光学折射率灵敏度对其长径比的分段响应;结合消光光谱的半高宽以及品质因子的概念,对金纳米棒的折射率传感性能进行了优化,给出了最优的LSPR激发波长和金纳米棒的长径比。本文的研究结果不仅具有重要的基础意义,而且对未来设计和制造性能优异的基于贵金属纳米结构LSPR的传感/探测基底和元器件可提供重要的数据参考。
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