基于激光剥离技术银基纳米薄膜表面等离子体性能研究

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局域表面等离振子共振(localized surface plasmon resonance,LSPR)通常是指:当入射光的频率与传导电子的振动频率相同时,金属纳米颗粒(NPs)之间的集体电子振荡现象。因此,在生物传感器,光热治疗,太阳能电池,表面增强拉曼散射(surface enhanced Raman scattering,SERS)等领域LSPR拥有广阔的应用前景。其效率和性能在很大程度上取决于等离子体共振波长的调谐范围。通过简单快捷且成本低廉的方法实现金属薄膜表面等离子体性能调谐,对于其应用领域具有极其重要的意义。金属银(Ag)由于具有较低的光损耗和更强的共振吸收等优点,非常合适用于研究LSPR现象。目前,调谐金属薄膜表面等离子体性能的方法包括单层胶体排列法、脉冲激光沉积法和电子束光刻等技术。然而,这些方法或者难以大面积投入实际应用,或者对制备环境要求很高。作为一种绿色环保的材料改性技术,激光剥离技术能有效地将光滑连续的薄膜表面转变为规则分布的颗粒结构。本文首先基于激光剥离技术,对比分析了Ag、铜(Cu)、铝(Al)三种金属的性能特点。再利用Al具有较低的熔点和较易被改变的特性,将其作为缓冲层以调控Ag膜的等离子体特性。最后研究了Ag NPs表面的氧化对于其LSPR和SERS性能的影响。具体研究结果如下:(1)在同样的条件下制备厚度相同的Ag、Cu、Al三中薄膜,然后利用激光辐照技术对其进行处理。研究结果发现,随着激光扫描速率的降低,获得的金属NPs的尺寸有所增加,发生明显的红移现象。其中Ag薄膜样品表现最好的LSPR特性和最强的拉曼信号强度。(2)实验采用金属Al作为缓冲层沉积银薄膜,通过激光辐照技术对其Al-Ag薄膜进行表面处理。研究结果表明,金属Al缓冲层能有效调节银薄膜的等离子体吸收峰的波长范围及强度。(3)通过激光烧蚀金属Ag薄膜获得Ag-Ag2O复合结构,通过调节激光功率能有效调控复合结构表面的氧化程度。该复合薄膜结构的SERS基底材料表现优异的稳定性和灵敏度。
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