金属纳米结构的光学特性及其氧气传感研究

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3、了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解江西师范大学研究生院有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权江西师范大学研究生院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要表面等离激元（surfaceplasmon

4、s,SPs）是一种存在金属与介质分界面的倏逝波。倏逝波的产生是需要特定频率的入射电磁波照射到金属表面，特定频率的电磁波与金属表面自由电子产生共振耦合。这种波一般来说在空间上存在的范围很小，所以通常是以纳米量级来描述它的产生和传播。正是由于这种表面共振效应使得它会产生很多不同与传统光学范畴内的现象。例如，异常光透射现象、Fano共振、表面增强拉曼散射、金属荧光增强效应等。随着纳米技术的发展，我们能够发现更多的这种新奇光学现象。将这些光学特性应用在光电子器件领域，能够使光电子器件达到更微型化。本文主要是研究

5、光在通过金属纳米结构时发生的异常现象，最后将其利用在传感领域。我们通过时域有限差分法进行理论计算，再通过实验对金属纳米结构光学调控进行分析验证，最后将这些异常光学性质运用到氧气传感上。本文的主要研究工作如下：1.设计了一种等离激元晶体-金属-等离激元晶体的新型结构。该结构具有两层非密排的等离激元晶体夹着金属纳米层，实现了连续金属膜层结构的光学穿透特性的增强。通过改变等离激元晶体的结构参数包括尺寸和与金属纳米层之间的距离等可以实现对该结构的光学调控。这种新型的金属膜层高光透射响应在新型透明金属、金属电极、

6、传感领域都具有潜在的广泛应用。2.实验上，通过热退火处理的方法改变组成金属纳米薄膜结构的金属纳米颗粒分布，从密排型变成离散型。经过在实验光谱的测量，发现这种处理能够改变金属纳米结构的透射和对荧光材料的光致发光具有调控特性。通过改变热退火处理的温度和时间可以进一步调控金属纳米结构的光学特性。3.我们在这种经热退火处理过的金属纳米结构上搭载一层含有荧光指示剂的溶胶凝胶组成光学氧气传感器的核心传感材料。通过改变金属纳米结构的厚度、退火温度及时间，可以很好的调控传感的灵敏度。这种光学氧气传感有助于在低氧浓度领域

7、的研究和发展。关键词:金属纳米结构；表面等离激元；光学氧气传感器；光致发光IAbstractSurfaceplasmons(SPs)resultfromtheevanescentwavesbasedontheelectronoscillationsontheinterfacebetweenmetalsanddielectrics.Theplasmonicevanescentwavecanbegeneratedbyanincidentelectromagneticirradiationwithaspeci

8、ficfrequencyundercertaincouplingeffects.TheSPsareextremelyconfinedinthesmallareasclosetothemetal/dielectricinterface,whichthereforeprovidestrongelectricfieldenhancementattheresonantwavelength.Thesefeaturesincludingthespati