半導體基局域表面等離激元材料合成及其性能研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、表面等離激元共振是在光的電磁場作用下金屬表面自由電子的集體振動現(xiàn)象,近年來引起了科學與技術領域廣泛地關注。傳統(tǒng)的表面等離激元材料如金、銀等存在的缺陷一定程度上限制了基于表面等離激元激元器件應用的發(fā)展。半導體基局域表面等離激元材料具有特有的自身優(yōu)勢可以彌補傳統(tǒng)表面等離激元材料的缺陷。半導體材料中的摻雜機制和獨特禁帶結構,可以相對容易實現(xiàn)對LSPR峰位調控,同時降低帶間和帶內損耗。因此,半導體基局域表面等離激元材料是一種新型的具有巨大潛力的

2、LSPR材料。
  半導體基表面等離激元材料的成分、尺寸和形貌是影響局域表面等離激元共振性能的主要因素,通過研究合成摻雜、尺寸和形貌可控的半導體納米晶,實現(xiàn)對LSPR性能的可控調節(jié)。本論文按照以上思路,合成了一些具有優(yōu)異LSPR性能的半導體納米材料,本文的主要創(chuàng)新結果如下:
  (1)采用了熱注入的方法合成了不同摻雜濃度的ITO納米晶,摻雜濃度在0~30%,LSPR峰位在1600~1993nm范圍內可控調節(jié)。通過種子生長法和

3、改變修飾劑的種類合成了尺寸在6.3~16.2 nm可調納米晶,可以調控LSPR峰位在1600~1978nm移動,且隨著ITO納米晶尺寸的增大峰位逐漸紅移。采用一鍋法合成了花狀的ITO納米晶,并且發(fā)現(xiàn)多個LSPR共振之間存在耦合作用導致LSPR吸收峰發(fā)生了紅移和寬化。
  (2)通過對ITO納米晶的元素XPS譜分析,摻雜濃度為10%的ITO納米晶有最高氧空位比例,比例為27.3%;當摻雜濃度高于15%時,部分的Sn4+離子已經被還原

4、成Sn2+離子喪失電活性,指出了摻雜濃度為10%的ITO納米晶樣品有最高的自由電子濃度,對Sn的有效摻雜和提高ITO載流子濃度有指導意義。
  (3)將摻雜濃度為10%的ITO墨水旋涂成薄膜,通過甲酸處理和氫氬混合氣氛下熱處理,旋涂次數(shù)為20次,ITO薄膜的厚度為2.2μm,在可見光波段的透過率高達90%,薄膜的方塊電阻為790Ω/sq。ITO薄膜作為SERS襯底材料,R6G和DAPI染料的拉曼信號強度、檢測下限都得到了提高,證明

5、ITO納米晶制備的薄膜是具有SERS活性的襯底材料。
  (4)通過一鍋法合成了方輝銅礦相Cu7.2S4納米片和靛銅礦相CuS納米片,通過吸收光譜的表征,Cu7.2S4納米片的LSPR峰位在1422nm,而CuS納米片的LSPR峰位在1057nm。Cu7.2S4納米片自組裝薄膜作為SERS襯底材料,R6G染料的拉曼信號強度得到了提高,可以作為SERS活性的襯底材料。對Cu2-xS納米片表面改性,Cu7.2S4和CuS納米片都可以形

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