《中紅外表面等離激元的關鍵微納米結構及其譜學套用》是依託廈門大學，由丁松園擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：中紅外表面等離激元的關鍵微納米結構及其譜學套用
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：丁松園
- 依託單位：廈門大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
表面等離激元光子學是納米科技最炙熱的研究領域之一，僅2013年就有6000多篇論文發表。然而現有研究都集中在可見/近紅外波段，拓展到中紅外波段的研究相對極少。本項目針對中紅外微納米等離激元及其光譜發展的瓶頸（缺乏具有高活性的中紅外等離激元微納米結構），擬將發展微納結構理論設計方法和化學合成/微納加工相結合，製備雙殼層納米粒子（SiO2@Au@SiO2）的自組裝膜，以及新型蝴蝶結紅外光學天線結構。這兩種微納米結構都能同時聚焦紅外光和可見光。同時，本項目擬將實驗和理論相結合，從三方面系統研究中紅外光-分子-微納結構三體相互作用的物理化學機制這一基本科學問題：表面增強紅外光譜的線型問題、表面紅外增強因子與微納米結構的近場/遠場增強的關係，以及分子化學吸附對微納米結構背景消光峰以及對分子紅外光譜影響。殼層隔絕納米粒子增強紅外光譜和針尖增強紅外/合頻光譜技術有望使表面紅外光譜靈敏度提高1-2個數量。
結題摘要
表面等離激元增強紅外/拉曼光譜（SEIRS/SERS）都是具有分子振動指紋識別能力的高靈敏表面分析技術。四十多年來學界對SERS的研究較充分，而對SEIRS研究非常匱乏。在SEIRS中長期存在兩個基本科學問題阻礙了SEIRS的發展：SEIRS光譜線型很複雜以至於難以準確讀出分子本徵的振動頻率和紅外吸收強度，那么其物理機制是什麼；適用於SEIRS的中紅外等離激元材料/結構是什麼。（1）針對第一個科學問題，本項目系統研究了分子共振和襯底共振頻率的差值、各自激發態衰減速率大小等對SEIRS複雜譜型的的影響規律，首次報導依賴於局域電磁場強度的SEIRS譜型的新現象，並揭示其物理本質。該系統的研究為未來能夠準確提取SEIRS光譜中反映分子本徵振動頻率和紅外吸收強度提供了理論依據。（2）針對第二個科學問題，我們發展了一種可同時支持SEIRS和SERS，且“熱點”重合的雙活性基底，即菱形橋連納米天線結構。並提出綜合運用近場耦合和遠場耦合進一步提高局域場增強的思想。除此之外，我們還開展了本項目計畫之外的三個課題研究。（3）長期以來都缺乏電化學界面紅外和拉曼光譜的第一性原理計算方法幫助實驗學家準確揭示電化學界面結構，本項目利用表面電荷法和隱式溶劑化模型，成功地開發了可有效準確計算界面電化學紅外、拉曼光譜的第一性原理計算方法，實質性推動譜學電化學研究方法的發展。（4）運用最新引進的納米紅外光譜和成像設備，實現對單軸取向的雙組分聚合物納米線材料的納米紅外光譜表征。（5）系統分析了SERS難以套用於材料表面檢測的關鍵難題，定義了適用於材料表面分析的第三代SERS熱點。作為支持第三代熱點的傑出代表，殼層隔絕納米粒子增強拉曼光譜（SHINERS）克服了基於裸金/銀納米粒子的很多缺點，然而基於Au@SiO2核@殼結構納米粒子的SHINERS技術，因其檢測靈敏度不夠高常難以套用到非金屬材料表面分析。為此，我們提出了多種提高支持第三代熱點的檢測靈敏度的方法，為SHINERS廣泛套用於各種材質表界面的化學分析開拓了新思路。
