玻璃镀银锥形亚波长孔内荧光性质研究

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亚波长材料和装置的制备和应用为光学领域、单分子分析与检测、生物传感和新型分析技术的研究和发展提供很好的平台,因此越米越受到研究者的关注。亚波长金属孔展现的对光的调控作用,产生极高局域电场和其自身具有流通性等独特性质可为分析化学领域带来很多启示,研究亚波长金属孔具有重要意义。本论文以单个玻璃锥形亚波长孔道为模板,采用无电化学沉积方法制备单个玻璃镀银锥形亚波长孔道,并通过控制玻璃锥形孔道模板和镀银条件来调节制得的镀银孔道参数,采用激光扫描共聚焦荧光显微镜对玻璃及镀银的孔道内荧光分子的发射强度和荧光总寿命进行了考察和分析。论文分为三章:  第一章是绪论。该章首先介绍了金属小孔的衍射、透射和聚束现象;接着介绍了金属小孔表面等离激元亚波长光学;然后总结了金属亚波长孔的应用;最后提出了论文构思。  第二章描述了单个玻璃锥形亚波长孔道、单个镀银玻璃锥形亚波长孔道、单个玻璃镀金锥形亚波长孔道的制备及半孔镀银方法的尝试,采用电化学方法、激光扫描共聚焦荧光显微镜、扫描电子显微镜、能谱定量分析以及荧光仪对制备的上述孔道进行了表征和分析。结果表明采用无电化学沉积方法可实现玻璃锥形孔道内镀银,而与光敏试剂的结合使用可使孔道内沉积效果不同。  第三章通过采用激光扫描共聚焦荧光显微镜研究了单个玻璃和镀银锥形亚波长孔道内的荧光分子的发射强度和荧光总寿命,结果表明单个玻璃和镀银锥形亚波长孔尖端区域内荧光发射强度均得到增强。玻璃孔自身可聚集产生强的局部场,区域内的荧光分子通过与孔的耦合产生辐射跃迁回到基态使得发射速率和强度得到提高;而对于单个玻璃镀银锥形亚波长孔,在等离激元-孔波导等效应作用下,孔区域内荧光分子的激发速率和辐射衰减速率会得到提高,实验中测得的总荧光寿命得到提高,这些都使得荧光速率得到了提高。我们不仅证实了这一锥形银孔内的荧光发射的极大增强,也从对荧光寿命数据的分析中,对其内在机理进行了探究。该体系促进了亚波长金属结构内部性质的研究,并且能够为等离激元光电子器件设计制作及应用等方面提供有益启示。
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