基于金属表面等离子激元的荧光增强及光热效应研究.pdf

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1、中国科学技术大学博士学位论又基于金属表面等离子激元的荧光增强及光热效应研究作者姓名：学科专业：导师姓名：完成时间：刘玲凝聚态物理许小亮教授二。一二年四月二十五日㈣Y帆2㈣12哪6哪帅3哪3眦5唧UniversityofScienceandTechnologyofChinaAdissertationfordoctor’SdegreeSurfacePlasmonsinducedfIUOreSCenCeenhancementandphotothermaleffectAmthor：Speciality：Supervisor：Finishedtime：LingL

2、iuCondensedMatterPhysicsProf．XiaoliangXuApril25m，2012中国科学技术大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行研究工作所取得的成果。除已特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含任何他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了明确的说明。作者签名：别硷签字日期：211三!!!：!兰中国科学技术大学学位论文授权使用声明作为申请学位的条件之一，学位论文著作权拥有者授权中国科学技术大学拥有学位论文的部分使用权，即：学校有权按有关规定向国家有关部

3、门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅，可以将学位论文编入《中国学位论文全文数据库》等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。本人提交的电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。保密的学位论文在解密后也遵守此规定。f仞公开口保密(——年)作者签名：壑』煎签字日期：2012，D∥．∥翩签名：立玺勘导师签名：2空捌签字日期：兰型呈：!!：竺摘要纳米金属材料独特的表面等离子体共振特性，在材料科学、生物医学与光电器件等领域具有良好的应用前景。目前，基于表面等离子体共振的荧光增强效应成为近年来的研究热点之一。虽然金属

4、表面等离子体荧光增强效应的研究已经取得了长足的进展，但在工艺简单、形貌可控、效率高以及工业化应用方面仍存在很大的挑战。本论文主要研究了金属表面等离子体增强荧光的机理，以及金属颗粒的尺寸、形貌对其荧光增强效应的影响，进而将其应用于增强LED芯片发光。此外，我们还探讨了基于表面等离子体共振的光热效应，并将金纳米空腔结构应用于癌细胞的光热治疗。本论文主要研究内容和成果如下：在第一章中，概述了金属表面等离子激元的基本性质，以及基于表面等离子体共振的增强效应研究进展及其应用。在第二章中，首先简要介绍了半导体量子点的基本性质，量子点由于发光效率高，亮度强，及其荧光

5、波长的尺寸依赖性，在生物医学和光电器件领域有着广泛的应用。利用量子尺度效应制备了不同波段的半导体发光量子点，包括可见光波段的CdSe量子点以及可见．近红外波段的CdTeSe、CdTeS合金量子点。通过改进实验装置以及对反应时间、合金成分等参数的调节，得到了高质量、高亮度、波长可调的量子点，并进一步将水溶性的CdTeS量子点应用于乳腺癌细胞标记。在第三章中，主要研究了金属．荧光量子点复合体系的共振荧光增强效应。采用简单的化学液相自组装法分别制备了Ag或Au纳米颗粒薄膜，通过反应物浓度和后期退火温度的调节实现了对金属颗粒表面等离子体共振吸收特性的有效调控，

6、并与CdSe量子点耦合，研究了金属表面等离子体增强荧光的机制。由于退火形成的蠕虫状结构使得CdSe量子点的发光强度最大提高了11倍。我们进一步设计了一种更简便快捷的电化学组装法沉积纳米Ag薄膜，并用于增强CdSe的发光。在第四章中，将金属表面等离子体荧光增强效应进一步应用于增强LED的发光。采用简单的磁控溅射方法在GaN蓝光LED表面溅射一层Ag薄膜，通过调控Ag薄膜的厚度以及退火温度，使得GaN芯片的发光增强11倍。我们进一步将共振增强效应应用于LED顶部荧光粉发光增强。将金属纳米结构与微米尺度的Sr2Si5N8：Eu2+荧光粉耦合，通过对颗粒尺寸、

7、形状及颗粒间距的控制，荧光粉的发光强度最大增强了6倍。T摘要在第五章中，研究了金属纳米颗粒基于表面等离子体共振特性的光热效应。采用流电置换反应制备了Au纳米空腔结构，通过实验参数调控其表面等离子体共振吸收特性。取吸收波长为800nm附近的Au纳米空腔应用于乳腺癌细胞和肺癌细胞的光热治疗，发现经808nm的近红外激光照射处理之后癌细胞大量凋亡。本论文的创新点主要包括：1、设计了一种改进的实验方法，在真空条件下合成了CdTeSe近红外量子点，这种真空合成方法重复性高，量子点产率高。进而我们采用更简便的一步水热法在水相中直接合成了CdTeS量子点，通过反应时

8、间的调控，实现了量子点的发射峰在可见光波段至近红外波段的调节，并进一步将制得的量子点应用于乳腺