纳米银颗粒表面等离子体共振增强功能分子荧光

摘要

贵金属纳米粒子以其独特的光学性质成为纳米科学和表面等离子体光子学的研究热点。近年来人们利用贵金属纳米粒子实现了表面增强拉曼散射和表面增强荧光。本论文从实验和数值模拟两方面分析和讨论了不同因素对于金属表面增强荧光的影响，并对其可能机理进行初步探讨，主要的研究工作包括以下几个方面。
　　 1、利用化学还原法制备得到球形和花形两种银纳米粒子，采用消光光谱和扫描电镜对纳米粒子的光学性质和形貌进行表征，并利用Mie散射理论和离散偶极近似理论(DDA)计算和模拟了单个银纳米粒子的局域电场分布和消光系数等参数。
　　 2、利用现有表面电磁场增强理论的结论，计算了距表面不同距离、不同大小球形纳米粒子条件下纳米粒子表面的局域电场增强因子。
　　 3、通过实验比较了两种不同形貌银纳米粒子的表面增强荧光倍数，纳米粒子沉积得到的不同分散度溶胶膜对于表面增强荧光的影响，不同激发波长对于表面增强荧光增强倍数的影响。
　　 4、利用数值计算模拟将荧光分子近似为偶极子，通过DDA计算从不同入射波长的激发光、不同大小的球形银纳米粒子等方面，验证分析近似为偶极子的荧光分子对于金属表面增强荧光的影响，对于金属表面增强荧光的机制进行初步的探讨。
　　 通过以上的工作，全面分析了不同因素对于金属表面增强荧光的影响。得出如下的结论：
　　 1、不同大小球形银纳米粒子，其表面等离子共振峰位不同，银纳米粒子越大，其表面等离子体共振峰越发生红移，其表面等离子体共振效应逐渐由吸收向散射转变。对于80-100nm粒径的银纳米粒子可以实现最大的荧光增强。
　　 2、花形银纳米粒子引入表面粗糙结构形成“hotspot”效应，此效应有利于实现更高倍数的金属表面增强荧光，在实验中得到花形银纳米粒子最高实现134倍的表面荧光增强。
　　 3、采用不同波长的激发光激发单个银纳米粒子。表面等离子体共振有利于金属表面增强荧光。在银纳米粒子表面引入近似为偶极子荧光分子，其表面等离子体共振波长将发生红移。
　　 4、在银纳米粒子表面的偶极子诱导出现局域场增强。通过分析认为会引起荧光分子的增强吸收。