孟凡帅:荧光增强型等离子体-量子点复合阵列的构筑论文

孟凡帅:荧光增强型等离子体-量子点复合阵列的构筑论文

本文主要研究内容

作者孟凡帅(2019)在《荧光增强型等离子体-量子点复合阵列的构筑》一文中研究指出:近年来,量子点(Quantum dots,QDs)因其半峰宽窄、亮度高、发光颜色随尺寸连续可调等优点在显示和照明领域具有极大的发展潜力。但在实际应用中还存在荧光强度低,发光性能不稳定等问题,而金属在特定频率光的照射下产生的电场可以增强附近荧光物质的发光性能,并可以通过对金属结构的设计实现对量子点荧光材料光学特性的有效调控。这些独特的性能使得具有表面等离激元特性的金属纳米阵列和荧光物质相结合,即等离子纳米阵列增强荧光(Plasmonic-nanoarray ehanced fluorescence,PEF)被用来构筑高性能的传感器以及显示器件。然而,在等离子纳米阵列增强荧光的研究中,还存在着一些问题:(1)迫切需要寻找一种技术或者多种技术结合的高效方法,能够实现结构均匀,重复性好,准确度高的等离子纳米阵列的构筑,为光学器件的精确构筑奠定基础;(2)在简化构筑过程的基础上,如何实现多热点等离子纳米阵列的构筑,也是目前研究中的一个重要方向。针对上述问题,本论文主要研究内容是:构筑增强量子点荧光的等离子体纳米阵列。利用纳米压印构筑不同结构的纳米阵列基底,结合电阻热蒸发技术得到具有等离子体共振性能的金纳米阵列基底。并通过FDTD理论模拟所得阵列结构的电磁场分布,在此基础上优化结构和金膜厚度,构筑多热点的量子点/纳米阵列复合结构,实现量子点的荧光增强。本论文研究内容如下:(1)等离子体纳米方孔阵列的构筑及量子点荧光增强:以周期为500 nm,方柱大小为275 nm×275 nm,方柱高度为300 nm的硅纳米柱为模板。采用紫外纳米压印技术得到IPS纳米方孔结构,孔径形貌与模板保持一致,孔径深度为117 nm,利用电阻热蒸发沉积60 nm的金,得到金纳米方孔阵列。该阵列在波长630 nm的位置处具有明显的超透过现象。随着金膜厚度的增加SPR峰的位置具有较小的蓝移现象。经过FDTD模拟,金纳米方孔结构的电磁场主要分布在金膜与空气以及IPS接触的边缘位置。根据电磁场增强荧光机理,最终选择金膜厚度为40 nm的金纳米方孔阵列作为增强量子点荧光基底。利用原子层沉积技术和化学改性的方法在等离子阵列和量子点之间引入额外的间隔层(氧化铝以及生物素-链霉素),得到一系列具有不同间距的量子点/纳米孔复合阵列。然而量子点的荧光强度没有随着间隔距离的梯度变化出现先增加后减少的规律。进一步研究发现,将量子点直接旋涂到金纳米孔表面,通过调控量子点的浓度和旋涂参数调控量子点的成膜厚度,形成多层自组装薄膜结构。利用和金膜直接接触的量子点层作为间隔层,发现金纳米方孔阵列比金膜基底具有更高的荧光强度以及更短的荧光寿命。这种方法无需引入额外的间隔层,大大简化了等离子增强荧光的构筑过程。(2)PMMA/金纳米柱复合阵列的构筑及量子点荧光增强:在前期工作的基础上,为了构筑具有更多热点的阵列结构,进一步提高量子点荧光强度。利用周期为700 nm,沟槽宽度350 nm,光栅高度137 nm硅纳米光栅为模板,通过二次纳米压印和PDMS浇筑技术构筑孔径深度为103 nm的PDMS方孔模板。利用纳米压印得到不同高度分布的PMMA纳米柱,通过电阻热蒸发沉积金,并改变沉积时间得到不同金膜厚度的PMMA/金纳米柱复合阵列。通过FDTD模拟分析发现,该复合纳米结构与纳米孔阵列相比,具有更多的热点分布,主要分布在金膜与空气以及PMMA接触面的边缘位置。通过UV-vis吸收光谱对对不同金膜厚度的复合结构进行测试,优化后的金膜厚度为30 nm,其具有稳的SPR峰,与量子点直接复合后,荧光强度比金膜基底高出两个数量级,通过瞬态荧光测试,相比玻璃基底,荧光寿命从13.95 ns减少至1.69 ns。该多热点的阵列结构的构筑极大提高了量子点的荧光强度。

Abstract

jin nian lai ,liang zi dian (Quantum dots,QDs)yin ji ban feng kuan zhai 、liang du gao 、fa guang yan se sui che cun lian xu ke diao deng you dian zai xian shi he zhao ming ling yu ju you ji da de fa zhan qian li 。dan zai shi ji ying yong zhong hai cun zai ying guang jiang du di ,fa guang xing neng bu wen ding deng wen ti ,er jin shu zai te ding pin lv guang de zhao she xia chan sheng de dian chang ke yi zeng jiang fu jin ying guang wu zhi de fa guang xing neng ,bing ke yi tong guo dui jin shu jie gou de she ji shi xian dui liang zi dian ying guang cai liao guang xue te xing de you xiao diao kong 。zhe xie du te de xing neng shi de ju you biao mian deng li ji yuan te xing de jin shu na mi zhen lie he ying guang wu zhi xiang jie ge ,ji deng li zi na mi zhen lie zeng jiang ying guang (Plasmonic-nanoarray ehanced fluorescence,PEF)bei yong lai gou zhu gao xing neng de chuan gan qi yi ji xian shi qi jian 。ran er ,zai deng li zi na mi zhen lie zeng jiang ying guang de yan jiu zhong ,hai cun zai zhao yi xie wen ti :(1)pai qie xu yao xun zhao yi chong ji shu huo zhe duo chong ji shu jie ge de gao xiao fang fa ,neng gou shi xian jie gou jun yun ,chong fu xing hao ,zhun que du gao de deng li zi na mi zhen lie de gou zhu ,wei guang xue qi jian de jing que gou zhu dian ding ji chu ;(2)zai jian hua gou zhu guo cheng de ji chu shang ,ru he shi xian duo re dian deng li zi na mi zhen lie de gou zhu ,ye shi mu qian yan jiu zhong de yi ge chong yao fang xiang 。zhen dui shang shu wen ti ,ben lun wen zhu yao yan jiu nei rong shi :gou zhu zeng jiang liang zi dian ying guang de deng li zi ti na mi zhen lie 。li yong na mi ya yin gou zhu bu tong jie gou de na mi zhen lie ji de ,jie ge dian zu re zheng fa ji shu de dao ju you deng li zi ti gong zhen xing neng de jin na mi zhen lie ji de 。bing tong guo FDTDli lun mo ni suo de zhen lie jie gou de dian ci chang fen bu ,zai ci ji chu shang you hua jie gou he jin mo hou du ,gou zhu duo re dian de liang zi dian /na mi zhen lie fu ge jie gou ,shi xian liang zi dian de ying guang zeng jiang 。ben lun wen yan jiu nei rong ru xia :(1)deng li zi ti na mi fang kong zhen lie de gou zhu ji liang zi dian ying guang zeng jiang :yi zhou ji wei 500 nm,fang zhu da xiao wei 275 nm×275 nm,fang zhu gao du wei 300 nmde gui na mi zhu wei mo ban 。cai yong zi wai na mi ya yin ji shu de dao IPSna mi fang kong jie gou ,kong jing xing mao yu mo ban bao chi yi zhi ,kong jing shen du wei 117 nm,li yong dian zu re zheng fa chen ji 60 nmde jin ,de dao jin na mi fang kong zhen lie 。gai zhen lie zai bo chang 630 nmde wei zhi chu ju you ming xian de chao tou guo xian xiang 。sui zhao jin mo hou du de zeng jia SPRfeng de wei zhi ju you jiao xiao de lan yi xian xiang 。jing guo FDTDmo ni ,jin na mi fang kong jie gou de dian ci chang zhu yao fen bu zai jin mo yu kong qi yi ji IPSjie chu de bian yuan wei zhi 。gen ju dian ci chang zeng jiang ying guang ji li ,zui zhong shua ze jin mo hou du wei 40 nmde jin na mi fang kong zhen lie zuo wei zeng jiang liang zi dian ying guang ji de 。li yong yuan zi ceng chen ji ji shu he hua xue gai xing de fang fa zai deng li zi zhen lie he liang zi dian zhi jian yin ru e wai de jian ge ceng (yang hua lv yi ji sheng wu su -lian mei su ),de dao yi ji lie ju you bu tong jian ju de liang zi dian /na mi kong fu ge zhen lie 。ran er liang zi dian de ying guang jiang du mei you sui zhao jian ge ju li de ti du bian hua chu xian xian zeng jia hou jian shao de gui lv 。jin yi bu yan jiu fa xian ,jiang liang zi dian zhi jie xuan tu dao jin na mi kong biao mian ,tong guo diao kong liang zi dian de nong du he xuan tu can shu diao kong liang zi dian de cheng mo hou du ,xing cheng duo ceng zi zu zhuang bao mo jie gou 。li yong he jin mo zhi jie jie chu de liang zi dian ceng zuo wei jian ge ceng ,fa xian jin na mi fang kong zhen lie bi jin mo ji de ju you geng gao de ying guang jiang du yi ji geng duan de ying guang shou ming 。zhe chong fang fa mo xu yin ru e wai de jian ge ceng ,da da jian hua le deng li zi zeng jiang ying guang de gou zhu guo cheng 。(2)PMMA/jin na mi zhu fu ge zhen lie de gou zhu ji liang zi dian ying guang zeng jiang :zai qian ji gong zuo de ji chu shang ,wei le gou zhu ju you geng duo re dian de zhen lie jie gou ,jin yi bu di gao liang zi dian ying guang jiang du 。li yong zhou ji wei 700 nm,gou cao kuan du 350 nm,guang shan gao du 137 nmgui na mi guang shan wei mo ban ,tong guo er ci na mi ya yin he PDMSjiao zhu ji shu gou zhu kong jing shen du wei 103 nmde PDMSfang kong mo ban 。li yong na mi ya yin de dao bu tong gao du fen bu de PMMAna mi zhu ,tong guo dian zu re zheng fa chen ji jin ,bing gai bian chen ji shi jian de dao bu tong jin mo hou du de PMMA/jin na mi zhu fu ge zhen lie 。tong guo FDTDmo ni fen xi fa xian ,gai fu ge na mi jie gou yu na mi kong zhen lie xiang bi ,ju you geng duo de re dian fen bu ,zhu yao fen bu zai jin mo yu kong qi yi ji PMMAjie chu mian de bian yuan wei zhi 。tong guo UV-visxi shou guang pu dui dui bu tong jin mo hou du de fu ge jie gou jin hang ce shi ,you hua hou de jin mo hou du wei 30 nm,ji ju you wen de SPRfeng ,yu liang zi dian zhi jie fu ge hou ,ying guang jiang du bi jin mo ji de gao chu liang ge shu liang ji ,tong guo shun tai ying guang ce shi ,xiang bi bo li ji de ,ying guang shou ming cong 13.95 nsjian shao zhi 1.69 ns。gai duo re dian de zhen lie jie gou de gou zhu ji da di gao le liang zi dian de ying guang jiang du 。

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  • 论文详细介绍

    论文作者分别是来自河南大学的孟凡帅,发表于刊物河南大学2019-09-20论文,是一篇关于纳米压印论文,热点论文,金纳米方孔阵列论文,金纳米柱阵列论文,荧光增强论文,河南大学2019-09-20论文的文章。本文可供学术参考使用,各位学者可以免费参考阅读下载,文章观点不代表本站观点,资料来自河南大学2019-09-20论文网站,若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权,请联系我们删除。

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