基于局域表面等离激元共振的金属纳米结构折射率传感

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金纳米球壳对的局域表面等离激元共振特性研究

金纳米球壳对的局域表面等离激元共振特性研究摘要：运用有限元方法来分析金纳米球壳对的几何结构参数与物理参量对表面等离激无共振的散射与消光光谱所产生的影响作用，并通过参照等离激元的杂化理论展开更进一步的理论分析。

最终的效果显示，在金壳厚度增大时，金纳米球壳对的散射与消光共振峰会在产生蓝移之后，继而红移，并在金纳米球壳的间隙变小时，或是伴着金纳米球壳内核尺寸与介质折射率的变大，散射与消光共振峰都会产生红移；随后伴着金壳厚度减小，或是内核尺寸变小时，抑或是内核介质的的射率变大，金纳米球壳对的散射和消光共振的强度逐渐变弱，而在金壳间隙变小之后，金纳米球壳对的散射共振强度先是不断增强之后再变弱，消光共振的强度慢慢加强，其数值试验和理论研究结果是相同的。

关键词：金纳米球壳对；局域表面等离激元共振；有限元通过相关研究可知，在入射光的照射下，金属纳米颗粒的表面将会有感应电荷产生，这是受到光场驱动使感应电荷引发产生的回复力而导致的自由电子整体振荡所产生的局域表面等离激元共振，在颗粒的四周，电磁场呈现出了近场增强的现象，而且还形成了剧烈的光学散射与吸收共振的情况。

通过金纳米的各种形状进行分析可知，光学散射与光学吸收的共振峰峰位是随着纳米颗粒形状与大小、以及介质环境的发生转变而变化的。

由此可知，贵金属纳米颗粒有着等离激元共振的特殊性质，因在光学、生物学、以及医学诊断等多项领域中被普遍应用，得到了广泛关注。

1、模型与理论近几年来，有关于金纳米球壳的相关研究应用取得了一定进步与发展。

经过一系列的实验研究，相关人士凭借着等离激元杂化理论的支持，为金纳米球壳的复合结构研究提供了理论图形。

金纳米球壳对的局域表面等离激元共振特性研究由此展开，它是由两个一模一样的金纳米球壳所构成的系统，分别是金纳米球壳内核半径（r1)与外壳半径(r2)，金壳的厚度是用字母s表示的，并且s=r2-r1,金纳米球壳对的间距用d表示，n是内核介质折射率。

基于表面等离子体共振效应的Ag(Au)

2016年第35卷第1期CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS ·131·化工进展基于表面等离子体共振效应的Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的研究进展邵先坤，郝勇敢，刘同宣，胡路阳，王媛媛，李本侠（安徽理工大学材料科学与工程学院，安徽淮南 232001）摘要：由具有表面等离子体共振（surface plasmon resonance，SPR）效应的贵金属（Ag、Au等）纳米粒子和半导体纳米结构组成的纳米复合光催化剂具有优异的可见光光催化活性，成为新型光催化材料的研究热点之一。

本文综述了Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的制备方法、基本性质以及光催化应用方面的一些重要研究进展；重点介绍了Ag(Au)等纳米粒子的表面等离子共振增强可见光催化活性的机理，以及Ag(Au)纳米粒子与不同类型半导体复合的光催化剂的光催化性能，其中所涉及的半导体包括金属氧化物、硫化物和其他一些半导体；本领域未来几年的研究热点将集中于新型高效的Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的微结构调控及其用于可见光驱动有机反应的机理研究。

本文为基于SPR效应构建Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的研究提供了有力的参考依据，并且指出Ag(Au)/半导体纳米复合光催化剂的研究是发展可见光高效光催化剂的重要方向。

关键词：贵金属；表面等离子体共振；可见光响应；催化剂；降解；制氢中图分类号：O 649.2 文献标志码：A 文章编号：1000–6613（2016）01–0131–07DOI：10.16085/j.issn.1000-6613.2016.01.017Research progress of Ag(Au)/semiconductor nanohybrid photocatalystsbased on surface plasmon resonanceSHAO Xiankun，HAO Yonggan，LIU Tongxuan，HU Luyang，WANG Yuanyuan，LI Benxia （School of Materials Science and Engineering，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，Anhui，China）Abstract：Nanohybrid photocatalysts composed of noble metal nanoparticles (Ag，Au，etc.) with surface plasmon resonance (SPR) effect and semiconductor nanostructures have become one of the research hotspots in the field of advanced photocatalysis because of their excellent photocatalytic activity under visible light irradiation. This review summarized some significant research progress about the basic properties，preparation methods and the photocatalytic applications of the plasmonic Ag(Au)/semiconductor nanohybrid photocatalysts. We emphatically introduced the mechanism for the enhanced effect of Ag(Au) nanoparticles with SPR on visible light response photocatalytic activity，as well as the photocatalytic performance of the nanohybrid photocatalysts composed of Ag(Au) nanoparticles and different types of semiconductors，including metal oxides，metal chalcogenides and other semiconductors. The research in this field will focus during the next few years on the microstructure modulation of the novel high-efficiency Ag(Au)/semiconductor nanohybrid photocatalysts and their photocatalytic mechanisms in visible-light-driven organic reactions. This收稿日期：2015-04-21；修改稿日期：2015-06-18。

金属纳米颗粒的表面等离激元共振

金属纳米颗粒的表面等离激元共振近年来，金属纳米颗粒在纳米科技领域中扮演着重要的角色。

其独特的形貌和结构使得金属纳米颗粒在光学、电子学等领域有广泛的应用。

而金属纳米颗粒的表面等离激元共振效应正是其中一个引人关注的现象。

表面等离激元共振是一种与金属纳米颗粒特有结构相联系的现象。

当光线照射在金属纳米颗粒上时，电子能级受到激发并与光子产生相互作用。

这种相互作用会导致新的电子-光子耦合态的形成，同时也导致了金属纳米颗粒上电荷密度分布的变化。

这一过程中，金属纳米颗粒表面的自由电子与光子能量相互耦合，形成所谓的表面等离激元。

那么，具体来说，表面等离激元共振又意味着什么呢？首先，金属纳米颗粒在表面等离激元共振发生时，其吸收和散射光谱将发生显著变化。

这些变化可以通过光谱分析等实验手段进行研究。

通过对吸收和散射光谱曲线的分析，我们可以获得金属纳米颗粒的表面等离激元共振频率以及它与外界环境的相互作用。

这对于理解纳米颗粒在光学传感、表面增强拉曼光谱等应用中的行为机制至关重要。

其次，表面等离激元共振还导致了局部电场的增强效应。

当光子与金属纳米颗粒相互作用时，局部电场在颗粒附近被局部增强。

这种局部电场增强效应使得金属纳米颗粒成为一种优越的局域增强电场平台。

基于这一效应，我们可以利用金属纳米颗粒来实现更高灵敏度的荧光探针、表面拉曼散射信号放大、二次谐波产生等应用。

此外，表面等离激元共振也可用于光热治疗、太阳能电池和激光光谱等领域，发挥着重要作用。

最近的研究还发现，金属纳米颗粒的尺寸、形状和组成对其表面等离激元共振行为有重要影响。

通过调节金属纳米颗粒的这些参数，可以控制其表面等离激元共振频率的位置和强度。

因此，精确控制金属纳米颗粒的表面等离激元共振行为对于实现特定应用具有重要意义。

许多研究正在探索新的合成方法和加工技术，以实现对金属纳米颗粒的形貌、尺寸和组成的精确控制。

总结起来，金属纳米颗粒的表面等离激元共振是一种引人关注的现象，具有广泛的应用潜力。

mim波导耦合谐振腔系统中fano共振效应及其传感特性研究

MIM波导耦合谐振腔系统中Fano共振效应及其传感特性研究摘要表面等离极化激元（Surface plasmon polaritons,SPPs）为金属表面自由电子与入射光子相互作用产生的沿金属表面传播的电荷密度波，其具有突破光衍射极限的能力，使得在亚波长尺度对光进行操作成为可能。

随着研究的不断深入，基于SPPs的光子器件已经被广泛应用于光开关、滤波器、生化传感等领域。

基于金属-介质-金属（Metal-Insulator-Metal，MIM）波导的SPPs微纳传感器因具有体积小、灵敏度高和易于集成等优点引起了人们的广泛关注。

最近研究表明基于波导耦合谐振腔结构能够产生一些新颖的非线性光学效应，如Fano共振、电磁诱导透明。

Fano 共振效应是一种弱耦合作用，其对结构参量和周围介质的变化异常敏感。

因此，利用SPPs波导耦合谐振腔结构实现的Fano共振效应来设计高灵敏SPPs传感器是一种非常有希望的途径。

本论文基于耦合模理论（Coupled Mode Theory,CMT）和有限元方法（Finite element method,FEM），研究了MIM波导耦合谐振腔结构中的Fano共振现象，并设计了三种基于Fano共振效应的高灵敏折射率传感器，主要工作简述如下：1、设计了MIM波导耦合齿形和圆环形谐振腔结构，利用有限元方法仿真分析了该结构传播特性和折射率传感特性，结果在波导耦合谐振腔结构中产生了Fano共振。

研究结果表明该结构折射率灵敏度为1057nm/RIU，FOM值为1016。

基于耦合模理论详细分析了该耦合结构Fano共振的产生机理。

此外，设计了两种衍生结构，在衍生结构的透射光谱中观察到了多个Fano共振峰，进一步研究了衍生结构的稳态磁场分布与结构参数对Fano共振线型的影响。

2、设计了MIM波导耦合矩形和圆环形谐振腔结构，采用有限元方法研究了该结构的传播特性，结果在透射光谱中观察到了非对称的Fano共振线型。

表面等离激元技术研究及其应用

表面等离激元技术研究及其应用表面等离激元技术是一种基于表面等离激元的物理过程和现象，利用银、金、铜等可导电金属表面的自由电子与电磁波相互作用形成的激元波，从而实现高灵敏的信号检测、传输和转换。

近年来，该技术在传感、生物医学、光电通信等领域得到了广泛的研究和应用。

一、表面等离激元技术的原理表面等离激元是一种集体激发行为，即在可导电表面上，自由电子在外加电场作用下与入射光场发生共振耦合，形成一种电磁波和电子的复合粒子，称为表面等离激元。

表面等离激元具有极强的场增强效应和易于激发、调控的特点，其电磁波和电子相互作用的强度和尺度均在纳米级别，因此具有高灵敏度和局域性。

二、表面等离激元技术的研究进展表面等离激元技术是一种新兴的研究领域，在传感、生物医学、光电通信等领域具有广泛的应用前景。

近年来，国内外的研究机构和企业纷纷涉足表面等离激元技术的研究和应用，不断推动着该技术的发展。

在传感领域，表面等离激元技术已被广泛应用于化学、生物、环境等各类传感器中。

利用表面等离激元传感器可以实现对微量分子、细胞和微生物的高灵敏检测，具有检测速度快、选择性高、灵敏度高等优点。

例如，利用表面等离激元技术开发的呼吸道病原体检测系统，可以在短时间内对呼吸道病原体进行检测，具有高效、准确的特点。

在生物医学领域，表面等离激元技术已被应用于分子诊断、细胞成像、药物筛选等方面。

其高灵敏度和局域性可以实现对生物分子和细胞的高分辨率成像，在癌症早期诊断和治疗、细胞生物学研究等方面具有广阔的应用前景。

在光电通信领域，表面等离激元技术正在被广泛应用于光通信器件和系统中。

利用表面等离激元波导、光学调制器等器件，可以实现高速、高带宽的光通信传输。

同时，表面等离激元技术还可以实现光信号的调制、放大和转换，为光通信系统的发展提供了新的方向和思路。

三、表面等离激元技术的应用前景表面等离激元技术具有广泛的应用前景，在未来的传感、生物医学、光电通信等领域将继续发挥重要作用。

等离激元Fano共振纳米结构及其应用

等离激元Fano共振纳米结构及其应用屈炜;李静【摘要】金属纳米体系中的局域表面等离激元具有丰富的光学性质,广泛应用于化学、材料和生物等领域.等离激元Fano共振的发现,使等离激元纳米结构具有更大的场增强、更密集的谱间隔以及更高的光谱灵敏度,从而成为了表面等离激元光子学中的研究热点之一.对表面等离激元Fano共振的形成机理进行了解释.研究了目前能产生Fano共振效应的3种典型的等离激元微纳结构:对称性破缺、颗粒团簇和纳米阵列,这些结构在表面增强拉曼散射、生物探测和光电器件等方面有很多潜在的应用.%Localized surface plasmon resonance in metal nanostructures has many important applications in physics, chemistry, materials, and biology sciences, owning to its rich optical properties.Fano resonances in plasmonic nanostructures has been considered to have larger field enhancement, more intensive spectral intervals and higher sensitivity, and thus this research has become a hot area in plasmon photonics.This article introduces the formation of Fano resonances in plasmonic nanostructures, and demonstrates three typical structures in the existent studies: symmetry breaking, nanoclusters and nanoparticle array with promising applications in surface enhancement Raman scattering, biological detection, and photoelectric device.【期刊名称】《新技术新工艺》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】5页(P15-19)【关键词】Fano共振;表面等离激元;环盘结构;纳米团簇结构;有序阵列【作者】屈炜;李静【作者单位】中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽合肥 230027;中国科学技术大学精密机械与精密仪器系,安徽合肥 230027【正文语种】中文【中图分类】TN29Fano共振是量子系统的显著特征之一，它是由于分立态能级与连续态能级相互重叠后，出现了量子干涉，在特定的光学频率处出现了零吸收，造成光谱呈非对称线型的一种现象[1-3]。

基于纳米技术的新型光学传感器研究

基于纳米技术的新型光学传感器研究在科技的飞速发展过程中，纳米技术已经成为各个领域的研究热点。

其中，基于纳米技术的新型光学传感器在光学检测领域引起了广泛关注。

本文将从纳米技术的原理出发，探讨新型光学传感器的优势和应用前景，同时介绍了一些相关的研究成果。

纳米技术作为一种独特的技术手段，可以在纳米尺度上对材料进行精确控制和调控。

在光学传感器的研究中，纳米技术可以通过构筑纳米结构，调控光的传播和相互作用方式，从而实现对光学信号的高灵敏度检测。

相比传统的光学传感器，基于纳米技术的新型光学传感器具有以下明显优势。

首先，基于纳米技术的新型光学传感器具有高灵敏度的特点。

纳米材料可以引起光的局域场增强效应，从而使信号的检测灵敏度大大提高。

例如，金属纳米颗粒在可见光范围内具有表面等离激元共振效应，当用于传感器中时，可以显著提高传感器的灵敏度，并且实现单分子级别的检测。

其次，基于纳米技术的新型光学传感器具有快速响应的特点。

纳米结构的尺寸小，能够实现实时的光学信号检测和响应。

与传统光学传感器相比，基于纳米技术的光学传感器响应速度更快，适用于实时监测和快速检测的应用场景。

此外，基于纳米技术的新型光学传感器还具有高度可定制化和集成化的优势。

通过调控纳米结构的形貌和组合，可以实现对传感器的多参数探测和定制。

同时，纳米技术还可以与其他技术手段结合，实现光学传感器的多功能集成，提高整体性能。

基于纳米技术的新型光学传感器具有广泛的应用前景。

例如，在生物医学领域，通过纳米材料在细胞水平上的应用，可以实现对生物标志物的高灵敏度检测，用于疾病的早期诊断和治疗监测。

在环境监测领域，基于纳米技术的光学传感器可以实现对有害气体和水体中微量污染物的高效检测和监测。

在光通信领域，纳米结构的应用可以提高光信号的传输效率和容量，实现更高速度和更稳定的数据传输。

目前，基于纳米技术的新型光学传感器的研究已经取得了一些重要的成果。

例如，研究人员通过纳米结构的设计和操控，成功开发出了具有高灵敏度和快速响应的纳米光子晶体传感器。

表面等离激元共振技术在化学分析中的应用

表面等离激元共振技术在化学分析中的应用表面等离激元共振技术是一种近年来在化学分析领域备受关注的新兴技术。

它利用纳米结构和光学等离激元的相互作用，可以实现对化学分子的高灵敏度检测和谱学分析。

本文将从表面等离激元的基本原理、应用于化学分析的优势以及具体的应用案例三个方面阐述表面等离激元共振技术在化学分析中的应用。

表面等离激元是一种集体震荡模式，当光波与金属或其他材料的界面相互作用时产生。

这种相互作用可以增强电磁波的局域化，使光场与介质之间的相互作用增强。

这种增强效应在化学分析中可以用于增强光信号的散射、吸收和发射等过程，从而提高检测的灵敏度。

同时，由于表面等离激元的共振特性，可以选择特定的波长进行激发和检测，增加分析的选择性。

在化学分析中，表面等离激元共振技术具有多种优势。

首先，由于等离激元仅在与金属表面极为接近的几纳米范围内存在，因此可以实现对样品的高灵敏度检测。

其次，由于等离激元受光波波长的影响，可以用于实现对不同分子的选择性检测。

再次，等离激元共振技术可以与其他光学和电化学技术相结合，形成多功能的分析平台。

最后，等离激元共振技术还可以实现对材料的纳米结构和纳米粒子的表征，对材料科学和纳米技术的研究具有重要意义。

在化学分析中，表面等离激元共振技术已经得到了广泛的应用。

其中一个重要的应用领域是生物分析。

由于等离激元技术对分子的特异性敏感，可以实现对生物分子的高灵敏度和选择性检测。

例如，可以通过等离激元共振技术实现对生物分子的定量检测，如蛋白质、核酸和糖类等。

此外，等离激元共振技术还可以用于生物传感器的设计和构建，实现对细胞、细菌和病毒等微生物的检测。

另一个重要的应用领域是环境分析。

表面等离激元共振技术可以实现对环境中的微量有机物和无机物的检测。

例如，可以通过等离激元技术对水中的水污染物、土壤中的土壤污染物以及大气中的挥发性有机物进行监测和分析。

这些分析数据可以为环境保护和环境治理提供重要依据。

此外，表面等离激元共振技术还被应用于材料科学和纳米技术的研究。

局域表面等离激元

局域表面等离激元局域表面等离激元（SurfacePlasmonPolaritons，简称SPPs）是由金属表面产生的精细结构表面电磁波。

这种波是在金属表面发生的激元现象。

它是由表面等离激元（SP）以及其周围构成的非等同介质分量构成的复合角动量，具有半导体光学（SP）以及磁激子（MP）的共同特征。

SPP由金属和介质的界面所决定，它的特性是由金属的折射率和介质的折射率和介质的诸多物理特性决定的。

SPP在金属表面的界面处做一种类似电磁波的波，可以传播一定的距离，其能量也随着传播距离的减小而减小。

SPP的波长随着入射光的频率和金属的折射率而变化。

SPP的传播距离受制于衰减率，入射光频率越低，衰减率越小，传播距离越长。

SPP具有高度的导电性和磁导性，令它保持了极强的电磁耦合协议。

它的传输受到折射率的影响，具有较强的隔离效果，可有效抵御外界干扰。

SPP可以将可见光谱和红外光谱转化为特定频率，频率受到入射频率和金属表面的参数影响。

由于SPP具有宽频带、高速传输、高灵敏度等特性，它在光通信、抗干扰性检测、光学器件等领域被广泛应用。

例如，SPP光学元件用来缩小范围，减少发射光的浪费，加强发射光的强度；SPP光纤衍射器可用来构建高速通信系统；SPP仪器用来检测电磁波或光信号，是一种新型的抗干扰检测系统；SPP也可以用来检测微纳米对象的尺寸和形状，是一种新型的超分辨率技术。

此外，SPP在生物医学领域也有着广泛的应用，它可以用来诊断和监测肿瘤细胞、调节体外膜的结合效率等。

SPP可以将特定的光谱转换成特定的波长与频率，从而实现超灵敏的检测和操纵细胞。

综上所述，局域表面等离激元以其独特的传输特性，在光通信、生物医学、抗干扰性检测等多个领域应用广泛。

它与金属表面发生的物理现象有关，其受到入射光频率以及金属表面参数的影响，具有高度的导电性和磁导性，保持了极强的电磁耦合协议。

超材料在传感器和光电器件中的应用研究

超材料在传感器和光电器件中的应用研究随着科技的不断发展，材料科学也日益成为人们关注的热点领域之一。

超材料一经问世，便引起了广泛的关注和研究。

超材料，顾名思义，就是具有“超出常规材料”的性质的材料。

它们具有一系列非传统的物理特性，如负折射率、非线性反应等，往往能够实现以前难以想象的各种应用。

在传感器和光电器件中，超材料的使用已经逐渐成为一种趋势，为传感器和光电器件的性能提高和进一步发展提供了新的跃升点。

超材料的传感应用光学传感是一种常见的传感方式，但对于胶体颗粒、高温和高压环境下的传感，目前的光学传感技术受到了一定的限制。

超材料的出现填补了这一空白。

实验表明，使用纳米结构的超材料可以改进传感器的灵敏度和选择性。

例如，在生物传感器中，超材料的应用可以减少背景杂散光的干扰，提高检测灵敏度。

此外，对于特殊环境，如高温、强磁场、高压和辐射环境下的传感，超材料的应用也可以提高传感器的稳定性和可靠性。

在超材料的传感应用中，金属-介质结构应用最为广泛。

超材料中的金属元件可以满足各种波长下的反射率要求，介质元件可以对不同的环境参数进行响应，满足特定的应用需求。

例如，一种基于反射的超材料传感器可以对液体、气体和生物等不同样品进行分析。

其超材料结构可以为特定的环境参数选择特定的介质，并能够通过介质的响应，实现对样品的检测。

此外，纳米结构的超材料也有着广泛的应用前景。

它们在材料科学、光电器件和生物医学等领域都有着广泛的应用。

纳米结构的超材料在生物医学中被应用于病原体的检测和分析。

其依赖于纳米结构在病原体识别分子上的作用，可以提高病毒、细菌等微生物的检测灵敏度和选择性。

超材料在光电器件中的应用超材料在光电器件中的应用已经取得了一定的成功。

例如，利用局域表面等离激元（localized surface plasmon，LSP）效应，可以制造出纳米级别的光子器件。

其主要依赖于超材料的特殊性质，例如，金属纳米结构可以产生局域表面等离激元，通过这种效应，可以实现超材料的光学调制。

SPR传感器的原理与应用

SPR传感器的原理与应用SPR传感器（Surface Plasmon Resonance Sensor）是一种基于表面等离激元共振原理的光传感器。

它可以用来检测液体或气体中的化学和生物分子，广泛应用于生命科学、化学分析、环境监测和生物医学等领域。

本文将详细介绍SPR传感器的原理及其应用。

SPR传感器的原理基于表面等离激元共振现象。

在光学器件的表面上特定的金属薄膜（通常是金或银）上，光线通过一束激光照射，而这束激光与金属薄膜界面层上固定的分子或离子发生相互作用。

当光束垂直照射金属薄膜表面时，经过反射和折射后的光束最后重新出射，形成一个探测器可以捕捉到的光强信号。

当目标分子吸附到金属薄膜表面时，会改变金属薄膜上的折射率，从而改变光的传播速度和反射角度。

这就导致了光束与金属薄膜界面层发生了相互作用。

在特定波长处，当光束与表面等离激元耦合时，会发生共振现象，这个特定的波长称为共振波长。

共振触发了大量的能量损失，使得探测器捕捉到的光强信号最弱。

SPR传感器通过记录光源在不同波长下的反射光强信号，可以测量共振波长的变化。

根据共振波长的变化，可以推断分析物的浓度，相互作用强度和折射率等信息。

通常使用激光、光纤和光电探测器等器件形成一个完整的SPR传感器系统。

传感器的灵敏度和稳定性取决于金属薄膜和样品接触的质量。

SPR传感器具有很多优点，使其广泛应用于多个领域。

首先，它是一种实时、无需标记物的检测技术，可以避免标记分子对分析物本身产生的影响。

其次，SPR传感器灵敏度高，可以实现低至纳摩尔乃至皮摩尔的浓度检测。

另外，SPR传感器灵活性大，可以应用于多种液相、气相以及生物样本的检测。

此外，SPR传感器响应快速、操作简单，可实现连续监测和实时检测。

SPR传感器在生命科学研究中得到了广泛的应用。

例如，可以用于检测蛋白质、DNA和RNA等生物分子的结合反应，用于研究分子间的相互作用和动力学行为。

此外，SPR传感器还可以用于细胞表面分子的识别和细胞-细胞相互作用等研究领域。

金属纳米结构表面等离激元共振现象及其应用前景

金属纳米结构表面等离激元共振现象及其应用前景随着纳米科技的迅猛发展，金属纳米结构表面等离激元共振现象引起了广泛的关注和研究。

等离激元共振是一种特殊的电磁现象，当光波与金属纳米结构表面相互作用时，激发了金属电子与光子之间的相互作用，产生了共振现象。

这一现象不仅在光学、电子学等领域具有深远的影响，还在传感器、光子学和光电子学等领域有着广泛的应用前景。

首先，金属纳米结构表面等离激元共振现象在光学领域具有重要意义。

由于等离激元共振现象的存在，金属纳米结构表面能够实现超聚焦效应，将光波聚焦到远远小于光波波长的尺度，从而实现了超分辨率成像。

这对于光学仪器和设备的性能提升具有重要作用，可以突破传统光学的分辨率限制，为生物学、医学等领域的研究提供了全新的思路和方法。

此外，等离激元共振现象还可以用于光学传感器的设计和制备，用以检测微小分子、生物体或环境污染物，具有高灵敏度和高选择性，可以为环境监测和医学诊断等领域提供准确可靠的检测手段。

其次，金属纳米结构表面等离激元共振现象在电子学领域也具有重要的应用。

金属纳米结构可以通过调控其形状和尺寸来实现等离激元共振的调控，从而实现对电子传输的控制。

这可以用于提高电子器件的性能，例如光电器件、传感器和晶体管等。

此外，等离激元共振现象还可以用于开发新型的光电子器件，如等离激元太阳电池、等离激元激光器等。

这些新型器件具有高效转换、高灵敏度等优点，能够为能源和通信领域带来全新的技术突破。

另外，金属纳米结构表面等离激元共振现象在材料科学领域也具有广阔的应用前景。

等离激元共振可以通过调控金属纳米结构表面的形状、尺寸和组合方式，来实现对光学、电学和磁学性质的调控。

这为设计和制备新型功能材料提供了全新的思路和方法。

例如，可以利用等离激元共振现象来调控纳米颗粒的荧光性能、磁性性能或者催化性能，从而打开了新型材料的设计和应用领域。

总之，金属纳米结构表面等离激元共振现象作为一种重要的电磁现象，在光学、电子学和材料科学等领域具有广泛的应用前景。

金属纳米结构表面等离子体共振及其应用

科技与创新┃Science and Technology&Innovation ·140·2019年第21期文章编号：2095－6835（2019）21－0140－02金属纳米结构表面等离子体共振及其应用＊邓英（湖南城市学院，湖南益阳413000）摘要：介绍了纳米光子器件以及金属纳米结构表面等离子体共振，分析了金属纳米结构表面等离子体共振的运用领域，包括在生物医学领域的运用、在局域场增强和拉曼信号检测的运用、在金属纳米颗粒等离子体共振模式检测以及电磁特异介质运用，为金属纳米研究以及运用提供了一定的参考意见。

关键词：纳米光子器件；金属纳米结构；等离子体共振；应用领域中图分类号：TB383.1文献标识码：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2019.21.060纳米光子学是材料科学、纳米科学、光物理学、光学工程等多门科学融合之下的一门新科学，目前国际上相关机构正在积极加强对其的有效研究，探究光的产生、传播、转换、调制以及探测等多个领域，电磁特异介质与表面等离子体光学是其中的重要研究分支之一。

1金属纳米结构表面等离子体共振1.1纳米光子器件与传统电子学器件相比，电子学器件具有显而易见的优势，包括传感、成像、光辐射、探测等层面，体积较小，具有较高的集成度以及较快的速度，同时其能耗也较低。

在实际运用过程中，要求光学/光电子器件具有更为强大的功能，探索其与微电子学器件集成之路，在这一基础上研究具有宽频带、大容量、极高速的终端消费产品，以及超小型光电子器件/系统，这是目前信息技术的重要研究方向，为微电子芯片以及光纤通讯之间的研究提供了方向。

1.2金属纳米结构表面等离子体共振目前纳米科学、光物理学等学科研究过程中正在积极加强对表面等离子体光学（plasmonics）结构以及器件的研究，以此实现对纳米尺度的有效操控与控制，为纳米光子学器件的研究提供了新的方向。

在金属的表面以及内部具有大量的自由电子，构成了自由电子气团，即等离子体（plasmon）。

表面等离激元生物传感

表面等离激元生物传感
近年来，表面等离激元生物传感技术引起了广泛关注。

这种技术利用表面等离激元在金属和介质边界上的共振现象，实现对生物分子的高灵敏检测。

通过将金属纳米结构与生物分子结合，表面等离激元生物传感技术为生物医学领域的诊断和治疗提供了新的可能性。

表面等离激元生物传感技术的原理是基于表面等离激元共振的特性。

当光通过金属和介质的边界时，会激发出表面等离激元，形成一种类似于波浪的振动模式。

当生物分子与金属纳米结构相互作用时，会改变表面等离激元的共振条件，从而在光谱上产生明显的变化。

通过检测这种变化，可以实现对生物分子的高灵敏检测。

表面等离激元生物传感技术在医学领域有着广泛的应用前景。

例如，在癌症早期诊断中，利用表面等离激元生物传感技术可以检测血液中的肿瘤标志物，实现对癌症的早期筛查。

此外，表面等离激元生物传感技术还可以用于检测病原体、抗生素残留等，为临床诊断和治疗提供有力支持。

除了医学领域，表面等离激元生物传感技术还可以应用于环境监测、食品安全等领域。

例如，在环境监测中，利用表面等离激元生物传感技术可以检测水中的重金属、有机污染物等，实现对环境污染的快速监测。

在食品安全领域，表面等离激元生物传感技术可以检测食品中的有害物质，保障消费者的食品安全。

表面等离激元生物传感技术作为一种新兴的生物传感技术，具有广阔的应用前景。

它不仅可以在医学领域用于早期诊断和治疗，还可以在环境监测、食品安全等领域发挥重要作用。

随着技术的不断发展和完善，相信表面等离激元生物传感技术将为人类的生活带来更多的福祉。

一种基于表面等离激元的纳米温度传感器

一种基于表面等离激元的纳米温度传感器
宗妍，郎佩琳
100876) (北京邮电大学理学院，北京
摘
要 : 本文基于表面等离激元（ Surface Plasmon Polariton，缩写为 SPP）共振腔提出了一种新型纳米温度传感
器。随着温度的升高，金属的折射率会发生微小的变化，而且，共振腔的整体结构也会发生热膨胀，这都是共振腔共振波长随温度变化的因素。同时，为了放大温度对共振波长的影响，引入了一个热膨胀系数不同的金属双层膜，随着双层膜的形变，共振腔的共振波长随之发生更明显的变化。这种共振波长移动的大小可用于测量温度的变化。此外，本文采用有限元法（ Finite Element Method，简称 FEM）来计算共振腔的光学特性。据了解，这是第一个基于 SPP 共振腔热膨胀的纳米光学温度传感器，而且与同等尺度的传感器相比，其拥有较大的灵敏度。关键词 : 表面等离激元；共振腔；温度传感器。中图分类号 : O436.2 文献标识码 : A DOI： 10.3969/j.issn.1003-6970.2017.01.002 本文著录格式：宗妍，郎佩琳 . 一种基于表面等离激元的纳米温度传感器 [J]. 软件， 2017， 38（ 1）： 0610
【Abstract 】: This paper presents a novel optical temperature sensor based on a nanoscale surface plasmon polariton (SPP) resonator. With the increase of temperature, the refractive index of the metal will have small changes, and thermal expansion will occur throughout the structure of the resonant resonator, these are the factors that result in the shift of the resonators’ resonance wavelength with the temperature changing. At the same time, in order to enlarge the temperature's influence on the resonant wavelength, a metal bilayer with different thermal expansion coefficient is introduced, with the deformation of the bilayer, the resonator’s resonance wavelength then will change more obviously. The size of resonance wavelength can be used to measure the changes of temperature. In addition, The Finite Element Method (Finite Element Method, FEM for short) is applied to calculate the optical properties of the resonator. As is known to all, it is the first nanoscale optical temperature sensor based on the thermal expansion of the SPP resonators, and compared with the same scale of sensor, it has greater sensitivity. 【Key words】: SPP; Resonator; Temperature sensor 质。它在亚波长光学器件 [4]、超高分辨率成像 [5]等方面有巨大的优势。金属 - 介质 - 金属（ MIM ）结构因其独特的优越性，比如，局部场增强，更容易激发 SPP ，低弯曲损耗，结构简单，容易制造等 [6,7] 。因此，很多 MIM 结构纳米光学器件如调制器、导波管、滤波器、传感器、转换器被研发出来 [8,9,10]。温度传感器是将温度转换为其他信号的温度检测元件器件。近年来，它向着小型化、集成化方向

多层复合贵金属纳米球颗粒局域表面等离激元共振特性研究的开题报告

多层复合贵金属纳米球颗粒局域表面等离激元共振特性研究的开题报告标题：多层复合贵金属纳米球颗粒局域表面等离激元共振特性研究一、研究背景局域表面等离激元共振（Localized Surface Plasmon Resonance，LSPR）是一种重要的纳米结构光学现象。

多层复合贵金属纳米球颗粒的具有丰富的LSPR属性，包括LSPR共振波长、散射截面、电场增强和光学响应时间等。

通过研究多层复合贵金属纳米球颗粒的LSPR共振特性，可以实现对物质界面的敏感检测、光子学器件的设计和制备等领域的突破性进展。

二、研究内容本研究旨在设计、制备和表征多层复合贵金属纳米球颗粒，并进行其局域表面等离激元共振特性的研究。

具体研究内容包括以下几个方面：1.设计和制备多层复合贵金属纳米球颗粒：通过模拟和仿真计算，选择适当的多层复合贵金属纳米球颗粒的结构参数，利用化学合成、溶胶-凝胶法等方法制备多层复合贵金属纳米球颗粒。

2.表征多层复合贵金属纳米球颗粒的形态和结构：利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜等手段表征多层复合贵金属纳米球颗粒的形态和结构。

3.测量多层复合贵金属纳米球颗粒的吸收光谱和散射光谱：利用紫外-可见光谱仪等设备测量多层复合贵金属纳米球颗粒的吸收光谱和散射光谱，并分析其局域表面等离激元共振特性。

4.研究多层复合贵金属纳米球颗粒的局域表面等离激元增强效应：利用表面增强拉曼光谱技术等手段研究多层复合贵金属纳米球颗粒的局域表面等离激元增强效应，探讨其应用于生物传感器等领域的潜力。

三、研究意义本研究通过设计、制备和表征多层复合贵金属纳米球颗粒，揭示其局域表面等离激元共振特性，并探索其在生物传感器、分子识别、光子学器件等领域的应用前景，对于推动相关领域的科技进步具有重要意义。

同时，本研究还将为多层复合贵金属纳米球颗粒的设计、制备和性能优化等方面提供一定的理论与实践支持。

等离激元共振模式

等离激元共振模式等离激元共振模式（localized surface plasmon resonance，LSPR）是一种常见的表面等离子体共振的现象，其发生在金属纳米结构表面上。

这种现象已经在生物传感器、光学显示、太阳能光伏等领域得到了广泛应用。

本文将详细介绍等离激元共振模式的基本原理、应用和未来研究方向。

1. 原理等离激元共振模式主要是基于光与金属表面的相互作用。

当光照射在金属表面时，由于金属的导电性，光会在金属表面形成一些电子波，这些电子波与金属表面上的原子和分子之间发生相互作用，激发了局部表面等离子体共振（LSP）。

金属纳米颗粒的大小和形状对该共振模式的发生和频率有很大的影响。

通常，LSPR会在可见光和近红外光谱范围内产生吸收或散射现象。

其峰值位置会受到金属纳米颗粒大小、形状和成分的影响。

在纳米颗粒的表面修饰上，可使用分子自组装技术或顶基修饰法来增强等离激元共振模式的敏感性和选择性。

顶基修饰是一种在金属纳米颗粒表面修饰反应基团的方法，既保留了LSPR信号，又能够特异性地捕获分子，适用于生物传感器和表面增强拉曼光谱(SERS)等领域的应用。

2. 应用生物传感器：等离子体共振技术已成为诊断和治疗生物学、医学、环境和食品等领域的种子技术。

在生物传感器中，等离激元共振模式是一种快速、灵敏和专一的检测方法，仅需少量样品即可进行定量检测，如蛋白质、DNA序列、抗体和病毒分子等。

光学显示：LSPR在光学设备中得到广泛应用，在荧光染料的替代方面有着重要的应用价值。

在液晶显示器中，LSPR可以加强显示器的颜色饱和度和对比度。

太阳能光伏：等离激元共振技术也被广泛应用于太阳能电池领域，可以提高太阳电池的电荷分离效率和光吸收率，提高电池的实际功率输出。

3. 未来研究方向（1）尝试使用更先进的制备技术制备金属纳米颗粒，以实现更强的LSPR信号和更广泛的谱范围。

（2）开发新的分子修饰技术，用于生物传感器和化学传感器领域的应用，如利用LSPR技术检测环境中的污染物。

特殊形状金纳米产品

有一种广泛应用于暗场光学成像、生物免疫检测、荧光增强、蛋白标记、药物载体、表面增强拉曼基底等领域的产品，叫做金纳米，它拥有着一些特殊形状，本文就给大家详细介绍一下这种材料。

金纳米链比单个粒子或聚集体有更多优越性。

一维形状结构金纳米链的表面等离子共振吸收从单个粒子的500 nm左右的吸收拓展至800 nm以上的近红外区。

金纳米链不仅具有良好的生物相容性，而且表现出非常稳定有效的抗肿瘤热疗效果。

中空金纳米壳是由特殊工艺制备的，柠檬酸钠修饰的球形中空，无孔的结构。

由于壁厚仅为5 nm，因此金纳米壳的内壁和外壁均具有表面等离激元共振的特性，导致其表面的电磁场进一步增强，因而它们在表面等离子激元共振增强光谱方面有很高的应用前景。

金纳米三角片表现出明显的可以红移到近红外区域的等离子共振吸收峰，这种强烈的吸收使金纳米片在肿瘤热疗、红外吸收涂料等领域表现出潜在的应用价值。

金纳米星具有多个带有尖角的臂，尖角处能产生很高的电场放大，因而它们在生物传感器和表面等离子激元共振增强光谱方面有很高的应用前景。

金银纳米梭子由于在金纳米颗粒中参杂了一些银元素，大大提升了符合颗粒的光学性质。

而独特的形貌（两端尖锐）和稳定的金银结构使得这种金银纳米梭子的折射率敏感性和SERS活性有了显著提高，更加适用于生物传感与标记等方面的应用。

金纳米双锥是目前为止光学性能较优的一维金纳米颗粒。

单分散性佳，由于其两端尖锐的形状，导致金纳米双锥的电场增强较金纳米棒更优，折射指数灵敏度也远超过金纳米棒。

这些性质使得金纳米双锥对各种基于表面等离子激元共振的应用具有极大的吸引力。

药物分析中的表面增强拉曼光谱探针优化

药物分析中的表面增强拉曼光谱探针优化表面增强拉曼光谱（Surface-Enhanced Raman Spectroscopy，SERS）是一种基于局域表面等离激元共振放大效应的分析技术，能够提供高灵敏度、高选择性的信号增强效果。

药物分析中的表面增强拉曼光谱探针优化是一个重要的研究领域，旨在提高药物的检测灵敏度和准确性。

本文将介绍表面增强拉曼光谱探针在药物分析中的优化方法和应用。

一、SERS基本原理表面增强拉曼光谱技术是基于吸附在金属凹陷或纳米结构表面的待测分子，由于与金属表面等离激元共振产生放大效应而获得拉曼信号增强的一种技术。

其基本原理是将待测样品与金属纳米颗粒或金属薄膜结合，通过激发金属表面局域等离子共振模式，使拉曼信号发生倍增，从而实现对微量药物的快速检测。

二、表面增强拉曼光谱探针优化方法（一）金属纳米颗粒的选择优化表面增强拉曼探针的第一步是选择合适的金属纳米颗粒作为基质材料。

常用的金属纳米颗粒包括银（Ag）和金（Au）。

在优化探针时，可以考虑纳米颗粒的形貌、大小和稳定性等因素，以获得最佳的拉曼信号增强效果。

（二）表面化学修饰在表面增强拉曼光谱探针优化过程中，对金属纳米颗粒进行表面化学修饰是一种常用的方法。

通过引入功能性分子或修饰剂，可以增加纳米颗粒与待测药物之间的特异性相互作用，从而提高探针的选择性和灵敏度。

例如，可以使用硫化物、硝基苯胺等分子对金属纳米颗粒进行修饰，以提高对特定药物分子的吸附效果。

（三）纳米结构的设计优化表面增强拉曼光谱探针的另一种方法是通过设计纳米结构来改变其电磁场分布和局域等离激元共振效应。

例如，可以通过制备具有高度有序排列的纳米颗粒阵列或纳米孔洞结构，以提高药物分子与金属纳米颗粒的相互作用效果。

三、表面增强拉曼光谱探针在药物分析中的应用（一）药物检测表面增强拉曼光谱探针在药物分析中具有非常广泛的应用前景。

通过该技术可以对药物分子进行定性和定量分析，检测微量药物的同时还能提供所需的结构信息。

金纳米粒子折射率

金纳米粒子折射率全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：金纳米粒子是指直径在1到100纳米范围内的金属颗粒，由于其小尺寸和特殊的光学性质，在许多领域中引起了广泛的关注。

金纳米粒子的折射率是一个重要的物理特性，对于研究和应用金纳米粒子的光学性质具有重要意义。

金纳米粒子的折射率主要受到其尺寸、形状、组成和周围介质等因素的影响。

在一般情况下，金的折射率随着波长的增加而增加，这种现象称为金的色散性。

而金纳米粒子的色散性则因其特殊的尺寸效应和表面等离子共振效应而表现出不同于金块体的色散性。

金纳米粒子的折射率随着粒子尺寸的增大而发生变化。

当金纳米粒子的直径小于10纳米时，其折射率会随着粒子尺寸的增大而逐渐增加。

随着尺寸继续增大，金纳米粒子的折射率表现出不规则的变化，这种现象被称为尺寸效应。

尺寸效应可以通过量子力学理论来解释，即金纳米粒子中的自由电子具有量子尺寸效应，导致其光学性质发生变化。

除了尺寸效应之外，金纳米粒子的折射率还受到形状和组成的影响。

具有不同形状的金纳米粒子在光学性质上表现出不同的特性。

球形金纳米粒子的折射率通常比棱形金纳米粒子要高，这是因为球形纳米粒子具有更大的等效体积，导致其相对较高的折射率。

金纳米粒子的组成也会影响其折射率，金合金纳米粒子的折射率通常会随着合金成分的变化而发生变化。

金纳米粒子的折射率还受到周围介质的影响。

金纳米粒子常常被固定在基底表面或悬浮在溶液中，周围介质的折射率会影响金纳米粒子的光学性质。

当金纳米粒子悬浮在溶液中时，溶液的折射率可以影响金纳米粒子的表面等离子共振效应，从而影响其光学性质。

金纳米粒子的折射率是一个复杂而重要的物理特性，对于研究和应用金纳米粒子的光学性质具有重要意义。

通过探究金纳米粒子的折射率与其尺寸、形状、组成和周围介质等因素之间的关系，可以更深入地理解金纳米粒子的光学性质，并为其在传感、光电子器件等应用领域的开发提供理论基础。

希望未来能够进一步研究金纳米粒子的折射率，拓展其应用领域，推动金纳米技术的发展。