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用于局域表面等离激元共振扫描显微镜的探针制备初探

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摘要

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 纳米间隙耦合增强局域LSPR显微镜的基本原理及初步构造

1.2.1 表面等离激元

1.2.2 影响LSPR性质的因素

1.2.3 基于LSPR效应的应用

1.2.4 光纤LSPR传感

1.2.5 纳米间隙耦合增强LSPR显微镜的基本原理

1.2.6 纳米间隙耦合增强LSPR显微镜的初步构造

1.3 贵金属纳米粒子的合成和表征

1.3.1 贵金属纳米粒子的合成

1.3.2 贵金属纳米粒子的表征

1.4 扫描探针显徼镜的探针逼近模式比较

1.4.1 剪切力反馈模式

1.4.2 扫描隧道显微镜反馈模式

1.5 纳米电极在扫描探针显徼镜中的应用

1.6 本论文的研究目的和设想

参考文献

第二章 实验

2.1 试剂

2.1.1 药品

2.1.2 实验用水

2.2 实验条件

2.3 实验仪器与设备

2.3.1 常规器具及处理

2.3.2 纳米粒子形貌和光谱表征

2.3.3 光纤拉锥装置

2.3.4 光纤遮光处理

2.4 纳米电极电化学表征应用

2.4.1 孔径表征

2.4.2 STM距离逼近

参考文献

第三章 应用于局域表面等离激元共振扫描显微探针的球形Au@Ag纳米粒子的合成及介电敏感性检测

3.1 引言

3.2 Au@Ag纳米粒子的合成表征

3.2.1 Au核纳米粒子的合成及表征

3.2.2 Au@Ag核壳纳米粒子的合成及表征

3.3 不同核壳比Au@Ag纳米粒子的介电敏感性检测

3.3.1 不同核壳比Au@Ag纳米粒子在折射率不同的溶液中的介电敏感性检测

3.3.2 不同核壳比Au@Ag纳米粒子在折射率不同的非导电性基底上的散射光谱研究

3.4 本章小结

参考文献

第四章 应用于局域表面等离激元共振扫描显微的光纤探针的制备

4.1 引言

4.2 光纤种类选择及末端处理

4.2.1 光纤种类选择

4.2.2 光纤末端处理

4.2.3 光纤锥部遮光处理

4.3 光纤末端修饰纳米粒子

4.3.1 偶联分子的确定

4.3.2 吸附金属纳米粒子时间调制

4.3.3 光纤末端修饰上单颗或数颗纳米粒子

4.4 光纤探针逼近基底装置初探

4.4.1 剪切力反馈模式

4.4.2 扫描隧道显微镜反馈模式

4.5 本章小结

参考文献

第五章 一种新型的纳米电极探针的制备

5.1 引言

5.2 金纳米电极的制备

5.2.1 双极性电化学的介绍

5.2.2 利用双极性电化学沉积制备金纳米电极

5.3 金纳米电极的表征

5.3.1 金纳米电极的形貌表征

5.3.2 金纳米电极的循环伏安表征

5.4 金纳米电极作为扫描探针的应用

5.5 本章小结

参考文献

硕士在学期间的科研

致谢

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摘要

田中群院士提出了一种纳米间隙耦合增强局域表面等离激元共振(LSPR)扫描显微技术,其核心是利用修饰在探针上的贵金属纳米粒子与贵金属纳米膜耦合体系LSPR性质的距离敏感性,发展一种精确定位的方法;同时利用耦合体系LSPR性质的环境敏感性,为纳米尺度范围的表界面,如电化学体系中的双电层界面的研究提供一种全新的研究平台。
  本文主要对纳米间隙耦合增强LSPR显微镜探针的制备做了初步的探索:合成高介电敏感性的纳米粒子;选择合适的光纤将其拉锥,并进行遮光处理;在光纤末端修饰高介电敏感性的纳米粒子制各成光纤探针;将制备的光纤探针进行逼近模式的探索;并发展了一种利用双极性制备扫描探针的技术。获得的主要结果如下:
  首先,采用阴离子调控法,在水溶液中通过调节Au核与Ag+的物质的量之比,实现Au核上不同厚度的Ag壳层包覆,可控地一步合成均一性好、银壳层较厚(≥10nm)的核壳比不同的球形Au@Ag纳米粒子。通过扫描电镜(SEM)、透射电镜(TEM)及X射线能谱线扫描分析对不同核壳比的Au@Ag纳米粒子进行形貌表征,证实了所合成核壳结构的可控性。将不同核壳比的Au@Ag纳米粒子置于不同折射率溶液中进行纳米粒子介电敏感性的研究,表明7.5 nm Au@28nm Ag的纳米结构具有最高的品质因子。同时将不同核壳比的Au@Ag纳米粒子置于不同折射率的非导电性基底上进行单颗纳米粒子散射性质的研究,结果表明7.5 nmAu@28 nmAg纳米粒子适合作为LSPR显微探针的高检测灵敏性纳米结构之一;其次,将光纤进行合理的拉锥,达到对于探针末端孔径的要求,并对光纤锥部进行遮光处理,将数颗高介电敏感的纳米粒子修饰在光纤末端;最后将光纤探针固定于音叉上,开展剪切力模式逼近基底的探索,初步控制探针和基底间的距离,为了后续研究积累经验。
  在制备纳米间隙耦合增强表面等离激元共振显微光纤探针的同时,我们还发展了一种新的探针制备技术—双极性电沉积制备纳米电极探针。此纳米电极探针可应用在STM上,能精确的控制探针与基底间距离,实现了对小尺寸纳米结构的电化学扫描。同时通过暗场光谱采集,证明此纳米电极探针具有LSPR效应,有望成为纳米间隙耦合增强表面等离激元共振扫描显微镜探针的另一种选择。

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