表面等离激元光谱增强
表面等离激元光谱增强
表面等离激元（Surface Plasmon Resonance，SPR）光谱增强是一种在表面等离激元共振
技术基础上进一步提高灵敏度和检测性能的方法。表面等离激元是一种在金属表面上产生
的电磁波，与介质中的光波耦合，形成共振现象。这一现象在传感、生物医学和化学分析
等领域得到了广泛的应用。
以下是关于表面等离激元光谱增强的一些主要内容：
1. 表面等离激元原理
表面等离激元是一种发生在金属表面上的电磁波，其产生的机制涉及到金属电子和电磁波
之间的耦合。当金属表面上存在电子的集体振荡时，这些电子将与入射的光波发生耦合，
形成表面等离激元。SPR的共振条件取决于金属、介质和入射光的性质，因此可以通过调
整这些条件来实现对SPR的控制。
2. 表面等离激元光谱
SPR技术通过监测光在金属表面上的反射来获取信息。在共振条件下，入射光的反射将发
生突变，这种变化与与金属表面相互作用的生物分子或化学物质的特性有关。因此，通过
检测SPR光谱的变化，可以实现对生物分子的检测和分析。
3. 光谱增强技术
为了提高SPR技术的灵敏度和检测性能，研究人员开发了一系列光谱增强技术。其中的一些关键方法包括：
纳米结构设计：
通过在金属表面引入纳米结构，如纳米颗粒或纳米孔洞，可以增加SPR效应，提高检测灵敏度。
纳米颗粒增强：
利用金属纳米颗粒的局域电磁场增强效应，可以在SPR信号中引入显著的增强。
表面增强拉曼散射（SERS）：
结合SPR和SERS，可以实现对表面吸附物质的高灵敏检测，特别是对于小分子的检测。
二维材料：
使用二维材料，如石墨烯，作为表面支持材料，可以在SPR效应中引入新的调控机制，提高灵敏度。
4. 应用领域
表面等离激元光谱增强技术在生物医学、化学分析和环境监测等领域有广泛的应用。例如，在生物传感器中，通过将生物分子固定在SPR传感器表面，可以实现对生物分子的高灵敏检测，包括蛋白质、DNA和细胞等。
5. 挑战和前景
尽管表面等离激元光谱增强技术在许多方面取得了显著进展，但仍然存在一些挑战，如实
验复杂性、制备成本和稳定性等。未来的研究方向包括更有效的纳米结构设计、新型材料
的应用以及对表面等离激元理论的深入理解。
表面等离激元光谱增强技术的不断发展将为各种领域的高灵敏检测和分析提供更为强大的
工具，推动科学研究和技术创新。
表面增强拉曼光谱
表面增强拉曼光谱 引言 表面增强拉曼光谱（Surface-enhanced Raman Spectroscopy，简称SERS）是一种基于表面增强效应的光谱 技术，可以提高拉曼光谱的灵敏度和检测限。在SERS技术中，分子与金属纳米颗粒表面的局域表面等离激元共振耦合，从而大大增强了拉曼信号的强度。本文将详细介绍SERS技术的原理、应用和未来的发展前景。 原理 SERS技术的实质是在金属纳米颗粒的表面，通过局域表面等离激元共振耦合效应，使分子的拉曼散射信号增强。这种共振耦合通过增加局部电场使分子的拉曼散射截面积因子（scattering cross section）增加，并且由于表面增强效应， 分子周围的电场引起其拉曼散射的增加。这种增强效应与金属纳米颗粒的形状、大小、间距和金属纳米颗粒与分子之间的相互作用有关。
实验方法 SERS实验通常使用激光作为光源，经过一个光栅或者光束分离镜，使得激光聚焦到样品表面。此外，还需使用金属纳米颗粒作为增敏基质。在实验过程中，样品可以是液体、固体或气体。 SERS光谱测量通常使用拉曼散射光谱仪进行。与普通的拉曼光谱仪相比，SERS光谱仪需要更高的灵敏度和稳定性。常用的金属纳米颗粒包括银、金、铜等，具体的选择取决于实验所需的增强效果和波长。 应用 SERS技术在许多领域有着广泛的应用，包括化学分析、生物医学、环境监测等。 在化学分析领域，SERS能够提供准确的分子结构信息，可用于表征和鉴定化合物。对于非常低浓度的物质，SERS技术是一种极其敏感的检测方法。 在生物医学领域，SERS被广泛用于生物分子的检测、肿瘤标记物的检测以及药物递送系统的研究。由于SERS技术具有高灵敏度和高特异性，可以用于早期癌症诊断和治疗过程中药物的监测。
表面等离激元——机理、应用与展望
表面等离激元——机理、应用与展望 【答】 一、绪论 等离激元(Plasmon)作为一种重要的现象，由金属表面上的电子表 现出来，是新型物理现象和光电子学的重要内容，它也是先进光电磁 大学中重要的研究热点之一。在机理、应用、以及展望等方面研究的 广泛，得到了学界的广泛关注。由于等离激元效应可大大地增强表面 分子间的相互作用及其对外界环境的反应敏感性，提高其生物感应能力，从而为生命科学的研究带来了前所未有的可能性。 本文结合已有研究成果，以及最新实验结果，详细介绍了金属表面 等离激元——机理、应用与展望。 二、等离激元机理 等离激元（plasmon）可以定义为一种金属表面上的单子波形，其 特殊性质和独特特性使其在许多系统中成为研究焦点，在很多应用中 有其重要作用。 等离激元是由金属表面上的电子围绕单个金属原子团产生的电磁振 动所形成的。当高能量的电波沿金属表面传播时，其电子表现出一种 极端的动力均衡状态，产生了特殊的电磁波，就是等离激元效应。等 离激元效应可以大大地增强表面分子间的相互作用及其对外界环境的 反应敏感性，提高其生物感应能力。 除此之外，金属表面等离激元还可以与表面例如等离子体、表面磁 矩场、磁致液晶等效应结合使用，从而实现器件的调控、性能优化等，在电子纳米器件的设计与制备中具有重要的作用。 三、等离激元应用
金属表面等离激元的应用十分广泛，其中最大的应用可以说是现代 光电子学中。金属等离激元是具有极高光吸收、很高体积灵敏度和超 高分辨率等特性的一种新型紫外线检测器，在紫外检测、生物传感器、光动力学等方面有着非常重要的作用。 此外，金属表面等离激元还可以用于分子检测、过滤器件制备、光 电探测、荧光图像与磁共振影像、光伏器件等等。以上应用证明，金 属表面的等离激元效应具有突破性的应用前景，对于现代科学技术发 展具有不可替代的作用。 四、等离激元展望 等离激元的应用目前正处于蓬勃发展的阶段，研究者也正在寻求多 样性和复杂性的新设计，对于金属表面等离激元的应用和未来发展也 有着极大的期望。 其中，与凝聚态物理、化学和生物学相结合的等离激元组装体可以 实现新型元件，从而解决了传统技术带来的各种问题，成为研究热点。此外，等离激元也被发现可以用于生物环境监测、目标识别、生命体 内毒素检测等生物安全领域。未来，更多应用将会频繁出现。 五、结论 等离激元已经成为非常重要的物理现象，在光电子学和多个实际领 域的应用也越来越多。它极大地增强了金属表面分子间的相互作用和 表面对外界环境的反应敏感性，为新型光电子器件高效率操作提供了 非常有效的技术手段。 未来，金属表面等离激元的研究将会更加深入，其多样性、结构性 能调控技术和多种应用的开发，提供新的性能及应用前景，未来的发 展具有越来越宽广的应用前景，对于现代科学技术发展具有不可替代 的作用。
表面等离激元光谱增强
表面等离激元光谱增强 表面等离激元（Surface Plasmon Resonance，SPR）光谱增强是一种在表面等离激元共振 技术基础上进一步提高灵敏度和检测性能的方法。表面等离激元是一种在金属表面上产生 的电磁波，与介质中的光波耦合，形成共振现象。这一现象在传感、生物医学和化学分析 等领域得到了广泛的应用。 以下是关于表面等离激元光谱增强的一些主要内容： 1. 表面等离激元原理 表面等离激元是一种发生在金属表面上的电磁波，其产生的机制涉及到金属电子和电磁波 之间的耦合。当金属表面上存在电子的集体振荡时，这些电子将与入射的光波发生耦合， 形成表面等离激元。SPR的共振条件取决于金属、介质和入射光的性质，因此可以通过调 整这些条件来实现对SPR的控制。 2. 表面等离激元光谱 SPR技术通过监测光在金属表面上的反射来获取信息。在共振条件下，入射光的反射将发 生突变，这种变化与与金属表面相互作用的生物分子或化学物质的特性有关。因此，通过 检测SPR光谱的变化，可以实现对生物分子的检测和分析。 3. 光谱增强技术 为了提高SPR技术的灵敏度和检测性能，研究人员开发了一系列光谱增强技术。其中的一些关键方法包括： 纳米结构设计： 通过在金属表面引入纳米结构，如纳米颗粒或纳米孔洞，可以增加SPR效应，提高检测灵敏度。 纳米颗粒增强： 利用金属纳米颗粒的局域电磁场增强效应，可以在SPR信号中引入显著的增强。 表面增强拉曼散射（SERS）： 结合SPR和SERS，可以实现对表面吸附物质的高灵敏检测，特别是对于小分子的检测。 二维材料： 使用二维材料，如石墨烯，作为表面支持材料，可以在SPR效应中引入新的调控机制，提高灵敏度。 4. 应用领域 表面等离激元光谱增强技术在生物医学、化学分析和环境监测等领域有广泛的应用。例如，在生物传感器中，通过将生物分子固定在SPR传感器表面，可以实现对生物分子的高灵敏检测，包括蛋白质、DNA和细胞等。 5. 挑战和前景 尽管表面等离激元光谱增强技术在许多方面取得了显著进展，但仍然存在一些挑战，如实 验复杂性、制备成本和稳定性等。未来的研究方向包括更有效的纳米结构设计、新型材料 的应用以及对表面等离激元理论的深入理解。 表面等离激元光谱增强技术的不断发展将为各种领域的高灵敏检测和分析提供更为强大的 工具，推动科学研究和技术创新。
基于表面等离激元双波长荧光增强的研究
基于表面等离激元双波长荧光增强的研究双光子激发荧光凭借着极高的空间分辨率、激发谱与发射谱明显分开以及对生物样品损害小等优点,使得其在生物科学、材料科学以及物理学等领域体现出非常高的研究与应用价值。然而与单光子激发荧光相比,双光子激发荧光辐射强度相对较低,限制了双光子荧光技术的进一步开发与应用,而通过贵金属纳米结构衬底产生的表面等离激元增强荧光的激发效率与辐射效率实现增强荧光的技术得到了广泛的研究与应用。 基于此,本论文结合表面等离激元增强技术与双光子荧光技术,利用周期性银圆盘阵列-二氧化硅-银膜复合结构的双波长共振特性实现双光子激发荧光强度的匹配增强。本论文的主要研究内容如下:(1)通过有限元法研究了周期性银纳米圆盘阵列通过二氧化硅中间层与银膜隔离的复合结构的光学特性。 采用背景散射场模型与两步法仿真模型研究了该共振结构的近场增强特性;通过端口反射率计算模型计算了该共振结构的反射谱;同时还研究了10×10阵列结构的散射特性及其角向分布,并通过选择合理的结构参数调节双波长共振峰位匹配双光子荧光的激发波长与发射波长。(2)采用电子束热蒸发沉积与电子束曝光技术,在石英玻璃衬底上制备了周期性银纳米圆盘阵列-二氧化硅-银膜的多层复合结构,并通过扫描电子显微镜(SEM)表征该复合结构的表面形貌。 以氙灯作为光源配合倒置研究型显微镜,通过多级小孔光阑缩小光束对共振区域进行了微区测量,从实验上验证了该结构的理论正确性以及制备工艺的可行性。(3)选取DCM激光染料作为双光子激发荧光的增强目标,研究了四种不同的基底对双光子激发荧光强度的影响。 研究结果表明:当共振结构的两个共振波长与双光子荧光的激发波长与发射
等离激元光刻技术
等离激元光刻技术 等离激元光刻技术是一种新兴的纳米加工技术，它通过使用等离激元的特性准确而高 效地加工纳米尺度的器件。相较于传统的光刻技术，在加工纳米级别器件时更具有优势， 能够增强图形分辨率、提高加工速度和降低成本。本文将详细介绍等离激元光刻技术的原理、发展历程以及在纳米加工领域的应用。 等离激元光刻技术是利用光子与表面等离子体振荡耦合的原理，在亚波长尺度下实现 高分辨率的光刻。等离激元是指当光子与金属表面相互作用时，会激发出表面等离子体振荡。等离激元可以将光波的振幅缩小到纳米尺度，从而实现亚波长尺度下的高分辨率加工。等离激元光刻技术在光刻过程中，使用共振耦合的等离激元振荡模式，将光束的图案在待 加工表面上进行影子成像，从而实现纳米级别的图案加工。 早在20世纪60年代，科学家就开始研究等离激元的现象。1989年，Betzig等人首次利用等离激元光学显微镜成功地将细胞进行了亚微米级别的成像，并获得了诺贝尔化学奖。1998年，Ozbay等人首次在金属表面上实现了等离激元增强的荧光光谱，从而开创了等离 激元技术在纳米光学领域的应用。 近年来，随着纳米加工技术的发展，等离激元光刻技术也得到了越来越广泛的应用。 科技公司Intel、IBM等纷纷推出使用等离激元技术的光刻机，并取得了不错的纳米加工效果。 三、等离激元光刻技术在纳米加工领域的应用 1.纳米电子器件制造 等离激元光刻技术可以制造出纳米级别的晶体管、薄膜电晕发射器、纳米线、量子点 等电子器件。这些器件有着很好的电性、光学特性和力学性能，能够广泛应用于信息技术、能源技术、生物医学等领域。 2.纳米传感器的制造 等离激元光刻技术可以在微米到纳米级别上加工出各种形状和尺寸的纳米传感器。这 些传感器具有超高灵敏度和高分辨率，可应用于环境检测、生物分子检测、光学传感器等 领域。 3.纳米模板制造 等离激元光刻技术可以制造出具有亚纳米和纳米级别的纳米模板，这些模板可以进行 纳米级别的加工，制备出各种形状和尺寸的纳米结构。 4.纳米生物医学
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。
石墨烯表面等离激元
石墨烯表面等离激元 引言：人类对于材料科学的探索一直没有停止，而石墨烯的发现则为人们打开了一扇全新的窗户。石墨烯作为一种二维材料，具有许多出色的特性，其中之一就是其表面等离激元的特性。本文将重点介绍石墨烯表面等离激元的奥秘以及其在纳米科技领域的应用。一、石墨烯的简介 石墨烯是一种由碳原子构成的单层薄片，具有高度的机械强度和导电性。它的发现让人们对材料科学产生了巨大的兴趣。石墨烯的结构使得它成为了研究二维材料特性的理想平台，也为表面等离激元的研究提供了新的机会。 二、表面等离激元的概念 表面等离激元是指当光线与金属或半导体表面接触时，激发出的一种电磁波的电磁场分布。这种波动形式在纳米尺度下表现出奇特的性质。石墨烯表面的等离激元具有巨大的研究潜力，并在许多领域有着广泛的应用。 三、石墨烯表面等离激元的特性 1. 增强光与物质相互作用：石墨烯表面等离激元可增强光的吸收、散射和发射，加强光与物质的相互作用。这一特性在光电子学、纳米光学和光热转换等领域有着广泛应用。 2. 超快光学响应：石墨烯表面等离激元的特性使其能够实现超快光
学响应，对于高速光通信和超快光学器件的发展具有重要意义。3. 可调控的光学特性：通过调控石墨烯表面等离激元的特性，可以实现对光学信号的调制和控制。这一特性在光学传感、信息处理和光学调制等领域具有广泛应用前景。 四、石墨烯表面等离激元的应用 1. 光电子学器件：石墨烯表面等离激元的特性使其成为光电子学器件的理想材料。例如，石墨烯等离激元透镜可以用于纳米光子学器件中的聚焦和成像。 2. 光传感器：基于石墨烯表面等离激元的光传感器可以实现高灵敏度的检测，对于环境污染、生物分子检测等领域具有重要作用。 3. 纳米光子学：石墨烯表面等离激元在纳米光子学中有着广泛的应用。例如，通过调控石墨烯表面等离激元的特性，可以实现纳米尺度下的光场操控和传输，为纳米光子学器件的发展提供了新的思路和方法。 五、结语 石墨烯表面等离激元作为石墨烯材料的一种独特特性，具有巨大的研究潜力和广泛的应用前景。通过深入研究石墨烯表面等离激元的特性，我们可以更好地理解纳米尺度下的光与物质相互作用，为纳米科技的发展提供新的思路和方法。相信在不久的将来，石墨烯表面等离激元将在光电子学、纳米光学和光子学等领域发挥越来越重
药物分析中的表面增强拉曼光谱技术在药物鉴定中的应用研究
药物分析中的表面增强拉曼光谱技术在药物 鉴定中的应用研究 随着科学技术的不断进步，药物鉴定领域也迎来了新的突破。其中，表面增强拉曼光谱技术作为一种快速、准确的分析方法，逐渐在药物 分析中得到广泛应用。本文将介绍表面增强拉曼光谱技术的原理、优势，并分析其在药物鉴定中的具体应用。 一、表面增强拉曼光谱技术的原理 表面增强拉曼光谱技术是一种将草图原理与成像技术相结合的新型 检测方法。它利用金属纳米颗粒表面的等离激元共振效应，在荧光背 景下增强荧光信号的技术。实验中，通过将待分析药物样品与金属纳 米颗粒接触，使药物分子吸附在纳米颗粒表面。当拉曼散射光照射到 纳米颗粒上时，药物分子的拉曼信号被金属纳米颗粒表面等离激元共 振效应增强，从而得到准确的拉曼光谱图。 二、表面增强拉曼光谱技术的优势 1. 高灵敏度：表面增强拉曼光谱技术可以在实验室中实现非常低的 检测限。由于金属纳米颗粒表面等离激元效应的存在，该技术能够捕 捉到极弱的拉曼信号，从而使药物鉴定的准确性大大提高。 2. 快速分析：相比传统的药物分析方法，表面增强拉曼光谱技术具 有分析速度快的优势。通过该技术，只需几分钟便可获得药物样品的 拉曼光谱图，大大提高了工作效率。
3. 无需标记：与传统的荧光检测方法不同，表面增强拉曼光谱技术 无需对药物样品进行任何标记。这既避免了荧光染料对样品的污染， 同时简化了实验过程，提高了分析的可靠性。 三、表面增强拉曼光谱技术在药物鉴定中的应用 1. 药物成分鉴定：利用表面增强拉曼光谱技术，可以准确鉴定药物 中的各种成分。通过比对样品的拉曼光谱图与数据库中的标准光谱图，可快速确定药物的成分及其含量，从而确保药物质量的稳定。 2. 药物质量评估：表面增强拉曼光谱技术可以实现对药物质量的快 速评估。通过检测药物样品的拉曼光谱，可以判断药物的纯度、稳定 性以及可能存在的掺假问题，从而保障患者用药的安全性和有效性。 3. 药物鉴别：在药物分析中，药物的鉴别是至关重要的。利用表面 增强拉曼光谱技术，可以通过药物样品的特征拉曼峰来区分不同的药物。这为药物鉴别提供了一种快速、准确的手段。 四、表面增强拉曼光谱技术的发展趋势 随着技术的不断发展，表面增强拉曼光谱技术在药物分析领域的应 用也将不断拓展。未来，我们可以预见到以下几个发展趋势： 1. 多样性样品分析：目前，表面增强拉曼光谱技术主要应用于药物 样品的分析。未来，随着技术的成熟和改进，该技术可能扩展到其他 复杂样品的分析领域，如食品、环境等。 2. 自动化分析系统：为了进一步提高分析效率，未来的表面增强拉 曼光谱技术可能与自动化设备相结合，实现样品的高通量分析。
表面等离激元极化
表面等离激元极化 引言： 表面等离激元极化是一种新型的光学现象，它在纳米科技领域中具有广泛的应用。本文将从定义、特点、应用等方面进行阐述。 定义： 表面等离激元极化是指当金属表面上的电子与光子相互作用时，会形成一种新的电磁波模式，这种模式被称为表面等离激元。表面等离激元是一种电磁波，它的振荡频率与金属表面的几何形状、材料种类、电子密度等因素有关。 特点： 表面等离激元具有以下几个特点： 1. 高度局域化：表面等离激元的振荡场强度高度局域化在金属表面附近的几个纳米范围内，这种局域化现象可以用来增强光与物质的相互作用。 2. 敏感性：表面等离激元对金属表面的几何形状、材料种类、电子密度等因素非常敏感，这种敏感性可以用来制造高灵敏度的传感器。
3. 可调性：通过改变金属表面的几何形状、材料种类、电子密度等因素，可以调节表面等离激元的振荡频率和强度，这种可调性可以用来制造可调谐的光学器件。 应用： 表面等离激元在纳米科技领域中具有广泛的应用，以下是几个典型的应用案例： 1. 表面等离激元传感器：利用表面等离激元的高度局域化和敏感性，可以制造高灵敏度的传感器，例如生物传感器、化学传感器等。 2. 表面等离激元增强拉曼光谱：利用表面等离激元的局域化现象，可以增强拉曼光谱信号，从而提高检测灵敏度。 3. 表面等离激元光学器件：利用表面等离激元的可调性，可以制造可调谐的光学器件，例如滤波器、偏振器、光学调制器等。 结论： 表面等离激元极化是一种新型的光学现象，具有高度局域化、敏感性和可调性等特点，在纳米科技领域中具有广泛的应用前景。未来，随着纳米科技的不断发展，表面等离激元极化将会成为一个重要的研究领域。
人工表面等离激元
人工表面等离激元 等离激元是一种在金属表面上产生的电磁波，它是由金属表面的自由电子和光子相互作用产生的。等离激元具有很强的局域性和增强光场的能力，因此被广泛应用于表面增强拉曼光谱、分子检测、光学传感等领域。然而，天然金属表面的等离激元只能在特定波长下产生，且其局域性和增强效果有限，为了进一步扩展等离激元的应用范围，人工表面等离激元的研究应运而生。 人工表面等离激元是指通过特定的几何形状和尺寸设计，利用纳米结构材料在金属表面上产生等离激元。与天然金属表面不同，人工表面等离激元可以在多种波长下产生，且其局域性和增强效果更加优秀。人工表面等离激元的研究涉及到材料科学、光学、电子学等多个领域，其应用前景广阔。 人工表面等离激元的研究始于20世纪90年代，当时研究人员利用电子束或光刻技术在金属表面上制备了一系列纳米结构，如球形、棒状、壳状等，通过理论模拟和实验研究发现，这些纳米结构可以在可见光和近红外光谱范围内产生等离激元。此后，人工表面等离激元的研究得到了迅速发展，研究人员不断探索新的纳米结构和制备方法，以提高等离激元的局域性和增强效果。 人工表面等离激元的制备方法主要包括电子束或光刻技术、自组装技术、溶液法等。其中，电子束或光刻技术制备的人工表面等离激元具有高精度和可控性，但制备成本较高；自组装技术利用分子自组装的特性在金属表面上形成纳米结构，具有制备成本低、适
用范围广的优点，但其制备过程较为复杂。溶液法是一种简单易行的制备方法，通过在金属表面上沉积纳米颗粒或分子，形成等离激元共振结构，但其制备的人工表面等离激元局域性和增强效果较差。 人工表面等离激元的应用主要包括表面增强拉曼光谱、分子检测、光学传感等领域。表面增强拉曼光谱是利用等离激元的局域性和增强效果来提高分子拉曼信号强度的技术，可以用于分析化学、生物医学等领域。分子检测是指利用等离激元与分子相互作用的特性来实现对分子的检测，可以应用于环境监测、食品安全等领域。光学传感是利用等离激元与外界介质相互作用的特性来实现对环境参数的监测，可以应用于气体检测、温度测量等领域。 人工表面等离激元的研究还面临着一些挑战。首先，人工表面等离激元的制备成本较高，制备过程复杂，需要进一步降低制备成本和提高制备效率。其次，人工表面等离激元的应用范围仍然有限，需要进一步探索新的应用领域和方法。最后，人工表面等离激元的研究需要与其他学科进行交叉，例如化学、生物学等，以实现更广泛的应用。 总之，人工表面等离激元是一种具有广泛应用前景的纳米材料，其制备方法和应用领域正在不断发展和扩展。随着人工表面等离激元的研究不断深入，相信其在分析化学、生物医学、环境监测等领域的应用将会得到更多的推广和应用。
化学物理学中的新研究——表面等离激元
化学物理学中的新研究——表面等离激元随着科学技术的不断进步，各种新的研究领域也不断涌现。在化学物理学中，表面等离激元就是一项新兴的研究领域。它在实际应用中具有广泛的应用场景和重要的作用。 一、表面等离激元的概念 表面等离激元是一种集体的、准粒子型的激发态，可以在介质表面上引起电磁波局部增强。表面等离激元可以与外部电磁波相互作用，形成表面等离子共振，使电磁波在界面上产生强烈的局部场。因此，表面等离激元通常被视为一种局部电场和静电场，同时也可以被看作是一种电磁波的束缚态。 表面等离激元在化学物理学中有许多重要的应用，比如可以用来增强荧光信号、增强光催化活性、提高表面增强拉曼散射等。因此，表面等离激元在化学物理学中具有广泛的应用前景和深远的意义。 二、表面等离激元的产生机制
表面等离激元的产生机制十分复杂，目前还没有一个完全统一的理论来解释它。但是可以根据材料的性质和外部电磁场的特点来大致分为两类：金属基底和介电体基底。 对于金属基底，表面等离激元的形成主要是由于金属电子和外部电磁场之间的相互作用导致的。金属表面的自由电子与光线中的电场发生相互作用，从而形成电荷排列模式，进而形成表面等离激元。此时，表面等离激元的频率和强度主要由金属表面的形貌、金属的电子密度和光场的波长和偏振等因素所决定。 而对于非金属介电体基底，则表面等离激元的产生主要是由于表面极性分子和外部电磁场之间的相互作用导致的。介电体表面上的分子团簇与光线中的电场发生相互作用，最终形成表面等离激元。此时，激元的频率和强度主要由介电体的折射率、分子极性和分子间距以及辐射场的波长和偏振等因素所决定。 三、表面等离激元的应用 表面等离激元在化学物理学中有着广泛的应用领域。下面列举几个重要的应用案例。
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。例如，可以利用表面增强拉曼光谱探针对药物成分进行快速鉴定，监测药物的纯度和质量。 （二）药物代谢研究 表面增强拉曼光谱探针还可用于研究药物的代谢过程。药物在体内代谢后会产生代谢产物，而这些产物往往难以直接检测。利用表面增强拉曼光谱探针可以有效增强代谢产物的拉曼信号，从而实现对代谢产物的快速鉴定和分析。
拉曼光谱的表面增强效应(sers)
拉曼光谱的表面增强效应(sers)拉曼光谱是一种用来测定物质分子振动和转动的非常重要的技术方法。它能够提供准确的分子信息，对于物质的性质和结构研究具有重要的作用。然而，拉曼光谱的应用还有很多限制，其中一个重要的问题就是灵敏度不足。当物质浓度或样品量不足时，拉曼光谱的信号强度也会降低，难以获得准确的分析结果。 为了克服这一问题，科学家们开发出了一种叫做表面增强拉曼光谱（SERS）的技术。SERS是指在金属表面上，分子吸附在金属颗粒表面时，由于金属自身的表面等离子体激元共振效应，导致分子的振动模式强烈放大，从而提高拉曼信号。相比于普通的拉曼光谱技术，SERS技术具有更高的灵敏度和分辨率，可以用来探测非常微小的物质样品，从而拓展了化学和生物学研究的范围。 SERS技术的原理是基于金属表面等离子体激元共振（SPR）效应的。当金属表面受到激光照射时，金属中的自由电子被激发进入高能态，形成自由振荡电子云。这些电子云构成了一个表面等离子体波，其频率会随着金属的类型、形状和大小而变化。当分子与金属表面接触时，分子的振动模式将和金属表面的表面等离子体波相互作用，共振增强了分子的拉曼信号。这种效应可以显著提高分子信号的强度，使得分析更加准确和灵敏。
SERS技术的发展对于化学和生物学研究有非常广泛的应用。SERS可以用来探测单分子的生物分子，如脱氧核糖核酸（DNA）、核糖核酸（RNA）、氨基酸和蛋白质等。通过给分子标记一个金属或加入金属纳米颗粒，就可以将分子测量的灵敏度提高到非常低的浓度。此外，SERS技术还可用于材料科学、环境监测、食品安全和疾病诊断等领域。 SERS技术的应用和研究已经涉及了许多领域，从基础研究到工业应用都有着广泛的应用空间。例如，SERS已经广泛应用于纳米催化、表面增强拉曼光谱成像、Surface Enhanced Fluorescence（SEF）成像、生物传感器制备等众多领域，还在食品安全检测，污染物检测等环境检测中得到了应用。 需要特别注意的是，SERS技术在应用过程中也存在一些困难。一方面，由于样品和金属表面之间的接触不稳定和难以控制，所以实验条件的控制十分重要。另一方面，目前还没有找到一种理论方法来解释和预测SERS效应和观察到的拉曼光谱的形状和强度的关系。不过，总体来看，SERS技术的优点仍然远大于其不足之处。 综上所述，SERS是一种基于表面等离子体激元共振（SPR）效应的拉曼光谱技术，具有极高的灵敏度和分辨率。它已经在化学、生物化学、材料科学和环境监测等领
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。
石墨烯表面等离激元增强吸收及光束调控特性研究
石墨烯表面等离激元增强吸收及光束调控特性研究在亚波长和纳米尺度调控光的传输是实现光子集成的关键环节。目前研究较多的方案是利用人工微纳结构如光子晶体和光学超材料 控制光的传输。二维材料的出现为纳米尺度调控光的传输提供了一种新的可能,做为一种典型的二维材料,石墨烯具有非常独特的电学光 学性能。在远红外和太赫兹波段,石墨烯能支持表面等离激元的传输,且石墨烯表面等离激元具有许多优良的性能如大的模场局域和低的 传播损耗,因此为纳米尺度光的调控提供了良好的途径和平台。本文主要研究了石墨烯褶皱结构的光吸收增强和石墨烯波导阵列表面等 离激元光束的传输调控。利用石墨烯表面等离激元的局域共振效应,我们设计了曲面石墨烯结构实现了对入射光的吸收增强。通过构造非周期的石墨烯波导阵列,研究了对表面等离激元光束传输路由效应。另外我们通过构造具有不同周期的石墨烯波导阵列异质界面,实现了表面等离激元光束的负折射。具体的研究内容如下:首先,我们研究了具有褶皱结构的石墨烯曲面的光吸收增强特性。通过激发石墨烯的表面等离激元的局域共振,能够显著的增强石墨烯对光的吸收,单层吸 收可达到53%。我们分析了石墨烯曲面的几何参数、化学势和入射角等参数对吸收的影响。结果表明,当曲面起伏增加时,吸收峰的波长发生红移。改变入射光的角度几乎对吸收峰的波长不产生影响,但是会发生高阶振荡,产生高阶的吸收峰。本研究揭示了表面等离激元共振对褶皱石墨烯结构吸收特性的影响,有助于理解石墨烯表面等离激元的激发和共振吸收等基本性质。我们还通过构造由不同的层间距或不
同的化学势组成的准周期石墨烯波导阵列,实现了深亚波长、低损耗、无衍射的表面等离激元光束路由效应。研究发现,光线可以在该准周期石墨烯阵列中被加速或减速,还可以被展宽或压缩。光束的波前平行于传播方向。准周期阵列光束路由效应为亚波长尺度的光束传输调控提供了可能。此外,利用两个不同周期的石墨烯阵列形成异质结构,在其界面上能产生表面等离激元负折射。当表面等离激元在界面处折射时,折射角取决于阵列的周期比。通过改变阵列周期比和入射光的布洛赫动量,表面等离激元光束可以发生负折射、正折射,还可以垂直于界面传播。由于石墨烯阵列的衍射曲线具有线性衍射关系,因此入射光束和折射光束能无衍射的传播。该结构可应用于亚波长空间光束调制器,光学分束器和光开关等。
等离激元增强红外光谱电化学
等离激元增强红外光谱电化学 等离激元增强红外光谱（Plasmon-Enhanced Infrared Spectroscopy, PEIRS）在电化学领域中结合了表面等离激元的局域电磁场增强效应和红外光谱对分子振动信息的高度敏感性，用于提升对电极表面吸附物种或电极界面反应中间体的检测灵敏度和分辨率。具体来说： 1.表面等离激元： o等离激元是金属纳米颗粒、薄膜或结构中的集体电子振荡现象，在特定频率下能高效耦合入射光并产生强烈的电磁场增强效应。 o例如，金和银纳米粒子在红外区域可激发强等离激元共振，导致局部电场强度显著增加。 2.红外光谱： o红外光谱能够揭示样品分子的化学键振动模式，从而提供有关分子结构和环境的重要信息。 o在电化学体系中，通过监测IR光谱变化可以研究电极表面上发生的化学反应过程以及吸附物种的性质。 3.电化学应用：
o等离激元增强红外光谱在电化学中的应用包括实时监测电催化过程中吸附物种的行为、揭示反应机理以及电荷转移动力学过程。 o使用如散射型扫描近场光学显微镜（s-SNOM）这样的技术，可以在纳米尺度上实现高空间分辨的红外光谱分析，这对于理解单个纳米粒子上的电化学反应具有重要意义。 4.石墨烯等离激元增强： o石墨烯作为一种二维材料，其独特的等离激元性质使得在红外光谱增强方面展现出巨大的潜力。 o石墨烯及其衍生物作为平台材料，因其透明性、宽带吸收和优异的机械稳定性而被应用于发展新型的红外光谱传感器和电化学装置。 综上所述，等离激元增强红外光谱电化学是一个前沿交叉学科方向，它将为电化学反应机制的研究以及相关能源转换、传感和催化领域的应用带来前所未有的洞察力。
等离激元纳米光腔增强光与物质的相互作用
等离激元纳米光腔增强光与物质的相互作用 等离激元纳米光腔是一种特殊的纳米结构，其中包含了具有高品质因子的光腔和等离激元模式。等离激元纳米光腔具有非常小的尺寸，通常在纳米米级别，能够将光与物质的相互作用增强到极大程度。 光腔是一种能够将光线限制在其中的结构，其尺寸和形状决定了光的特性。而等离激元是光子和电子的一种耦合态，其产生于介质中的光子与表面等离激元极化子相互作用的结果。等离激元模式具有非常高的局域场强度，可以将光场限制在纳米尺度范围内，使其与物质产生强烈的相互作用。 等离激元纳米光腔能够实现光与物质之间的能量转换和信息传递。当光进入光腔时，由于光腔的限制作用，光与物质的相互作用被大大增强。这种增强可以用来增强光的吸收、发射和散射过程，也可以用来增强物质的荧光、拉曼散射等光谱响应。这种增强效应对于各种光学应用具有重要的意义。 等离激元纳米光腔在光与物质相互作用研究中有着广泛的应用。例如，在生物传感领域，可以利用等离激元纳米光腔的增强效应实现对生物分子的高灵敏检测。通过将目标生物分子与光腔表面功能化，当目标分子进入光腔时，其与等离激元模式的相互作用将导致光的吸收、散射或发射发生变化，从而可以检测到目标分子的存在。 等离激元纳米光腔还可以用于光子器件的制备。通过在纳米光腔中
引入适当的物质，可以实现光的有效控制和调制。例如，可以利用等离激元纳米光腔的增强效应制备高效的太阳能电池，或者制备高性能的光电转换器件。这些器件的性能往往比传统的器件要好很多，这得益于等离激元纳米光腔的增强效应。 等离激元纳米光腔还可以用于量子信息处理和量子计算领域。由于其能够将光与物质的相互作用增强到极大程度，可以实现光子与量子比特之间的相互转换和耦合。这为实现高效的量子信息传输和处理提供了新的可能性。 总结来说，等离激元纳米光腔是一种能够将光与物质的相互作用增强到极大程度的纳米结构。通过利用等离激元纳米光腔的增强效应，可以实现高灵敏度的生物传感、高效能量转换和高效量子信息处理等应用。等离激元纳米光腔的研究不仅有助于深入理解光与物质的相互作用，也为光学应用和量子技术的发展提供了新的途径。
表面增强拉曼光谱的原理与应用进展
表面增强拉曼光谱的原理与应用进展拉曼光谱是一种非常强大的光谱技术，可以提供样品的成分、结构和化学状态的信息。然而，在某些情况下，样品过于稀薄或弱吸收光线，导致传统拉曼光谱的灵敏度不足。为了解决这个问题，科学家们引入了表面增强拉曼光谱（surface-enhanced Raman spectroscopy，SERS）技术。 一、表面增强拉曼光谱的原理 表面增强拉曼光谱是基于拉曼散射现象和金属表面等离激元共振效应的结合。简单来说，当光线通过金属表面上的凹陷或颗粒时，会被表面等离激元激发并集中，从而增强了样品的拉曼信号。这种增强效应可以将拉曼信号增强约10^6到10^14倍，大大提高了信号的强度和探测灵敏度。 二、表面增强拉曼光谱的应用 表面增强拉曼光谱在多个领域都有广泛应用。以下是一些主要的应用进展： 1. 分析化学 表面增强拉曼光谱在化学分析中具有很大的潜力。通过将样品吸附在金属表面上，可以提高化合物的信号强度和探测限。这对于微量分析、药物检测和食品安全等领域具有重要意义。 2. 生物医学
在生物医学领域，表面增强拉曼光谱能够提供有关生物分子、细胞和组织的详细信息。可以利用这种技术来研究癌症诊断、药物传递和细胞生物学等方面的问题。此外，SERS还被应用于生物传感器和检测器件的开发。 3. 环境监测 表面增强拉曼光谱在环境监测中也有广泛的应用。例如，它可以用于监测水污染物、空气中的有毒气体和土壤污染物等。相比传统的分析方法，SERS技术具有更高的准确性和敏感性。 4. 纳米材料 纳米颗粒在表面增强拉曼光谱中起着重要作用。通过对纳米材料进行定位和调控，可以实现更强的增强效应和光场效应。这为开发更高灵敏度和可控性的纳米传感器和纳米光子学器件提供了新的途径。 5. 催化反应 表面增强拉曼光谱还被用于研究催化反应。通过监测反应过程中产生的中间体和反应物吸附态，可以了解催化机理和反应动力学。这对于催化剂设计和反应优化具有重要意义。 三、存在的挑战与展望 尽管表面增强拉曼光谱在各个领域取得了许多成果，但依然存在一些挑战。例如，表面增强效应的机理还不完全清楚，需要进一步研究和理解。此外，制备高效的SERS基底和提高可重现性等问题也需要解决。
表面等离激元增强拉曼散射（SERS）的机理
表面等离激元增强拉曼散射（SERS）的机理 易明芳;祝祖送;李伶莉 【摘要】被称为“指纹谱”的拉曼谱在生物、化学及医学研究中具有重要应用， 特别是在单分子传感方面具有优势。但相对于入射光强，拉曼散射信号强度非常弱，需借助科学手段增强信号，即增强拉曼研究，这主要从增强拉曼信号强度和提高信噪比两方面着手。其中，表面增强拉曼散射（SERS）是其中一支极其重要的研究 方向。本文从拉曼散射的基本原理出发，研究了金属微纳结构增强拉曼信号的机理，为基于拉曼信号的高灵敏度传感提供理论参考，并给出了一个实验结 果。%Raman spectrum, named as“fingerprint spectrum”, has important application in biology, chemistry and medicine research. It has advantage in single molecular sensing especially. But Raman scattering signal is very weak. It needs to enhance Raman singal by scientific methods, which is enhanced Raman research. It often needs to enhance intensity or improve signal-noise ratio of Raman signal. Among them, surface enhanced Raman scattering (SERS) is one of the most important research directions. In this paper, the mechanism of metal micro-nano-structure enhanced Raman signal is studied based on the principle of Raman scattering, which provides a theoretical reference for the high sensitivity sensing based on the Raman signal and an experimental result is given. 【期刊名称】《安庆师范学院学报（自然科学版）》 【年(卷),期】2016(022)004 【总页数】8页(P69-76)