《石墨烯納米天線紅外光譜增強機理研究》是依託重慶大學，由韋瑋擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：石墨烯納米天線紅外光譜增強機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：韋瑋
- 依託單位：重慶大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
面向痕量分子檢測這一重大需求，針對紅外光波與分子相互作用極其微弱這一難題，基於石墨烯支持紅外波段表面電漿本徵模式和自由電子密度可調諧等特性，提出激發石墨烯納米天線局域電磁場模式實現對被測分子紅外吸收光譜增強的新方法。採用第一性原理及有精嘗籃限元數值計算方法，研究石墨烯表面電漿局域及調控特性；建立納米天線局域電磁場耦合激發的物理模型；分析天線結構和外加電場對局域電磁場模式的空間能量分布及光譜特徵的影響；發展寬光譜波段石墨烯納米天線的設計方法；研究石墨烯納米圖形化的加工工藝；構建突破衍射極限的紅外光譜增強測試實驗及痕量分子探測實驗。本項目發展的石墨烯納米天線紅外光譜增強方法，為突破現有紅外光譜增強技術中金屬納米結構存在高損耗及窄帶限制的瓶頸提供了新思路，為實現下一代超高靈敏度的紅外光譜感測技術奠定基礎。
結題摘要
基於表面等離激元的表面增巴旬強紅外光想辣棄譜技術具有在亞波長尺度下突破紅外波段光學衍射極限的獨特優勢，為發展下一代紅外光譜技術具有極其重要的科學意義。本項目突破了傳統金屬表面電漿局域電磁場模式在紅外波段的頻寬及損耗的限制，提出了一種基於石墨烯納米天線表面等離激元效應，以實現痕量分子探測的新型紅外光譜探測方法。緊密圍繞石墨烯納米天線紅外光譜增強機理，石墨烯納米天線關鍵加工工藝和性能表征，以及痕量分子紅外光譜探測實驗三個方面開展研究，取得了一些創新性的研究成果： （1）建立了石墨烯表面電漿耦合激發潤付茅的三個基本物理模型（納米光柵導陵櫃寒局模共振型、石墨烯納米帶天線型和共形石墨烯天線耦合激髮型），研究了表面等離激元與分子的耦合關係，分析了納米天線結構和外加電場對石墨烯表面等離激元局域模式的調控特性。在此基礎上提出了有效提高光譜感測性能石墨烯棵潤邀剃納米結構的設計方法。 （2）成功製備了二維/三維石墨烯納米材料。從實驗上發現了化學氣相沉積過程中CH3-基團在限域空間的戲抹愚非平衡態，揭示了活性基團的空間分布均勻性對石墨烯成核與層數的影響規律。實現了大面積單層石墨烯薄膜生長，並成功地轉移到二氧化矽基底上。研究了石墨烯的納米圖形化工藝，製備了石墨烯納米天線紅外光譜器件。 （3）完成了石墨烯表面等離激元紅外光譜探測實驗。觀察到了石墨烯在紅外波段的表面電漿峰，並基於凝膠頂柵改變柵極電壓，對石墨烯的費米能級進行調節，實現了石墨烯表面電漿峰在8~10μm寬波段的動態調控。利用該器件對10nm厚PEO分子進行紅外光譜探測實驗研究，實現了PEO分子完整振動模式的寬波段紅外光譜探測。 在本項目的資助下，發表與項目相關、已經標註本項目的學術論文15篇，其中SCI收錄13篇，EI收錄2篇，獲中國微米納米技術學會2016年學術年會優秀論文獎；培養研究生4名；發明專利4項，授權1項。本項目的研究成果為發展新型石墨烯表面等離激元紅外光譜技術奠定了理論及實驗基礎。
