选定部位介质层包裹的金属纳米结构及其表面等离子体与表面增强拉曼光谱研究

针对新型金属纳米结构及基于其表面等离子体(SP)元器件的缺乏，本项目借助电磁学数值模拟，设计选定部位介质层包裹的金属纳米结构，优化其SP光学特性，研究其用做表面增强拉曼散射(SERS)基底及SERS探测和传感时的性能。并采用自组装方法制备形貌规则、尺寸可控的选定部位介质(聚苯胺等聚合物)层包裹的金属纳米结构，确定样品合成的最佳实验参数。将所得溶液稀释，可制备得到相应单一的纳米结构单元，研究各几何参数下所得纳米结构溶液体系及其单一纳米结构单元SP的光学性能，着重研究其在SERS的生物医药和化学探测及传感应用中的性能。本项目的研究可揭示选定部位介质层包裹的金属纳米体系的SP特性及其SERS性能与其形貌、尺寸的关系；阐明纳米尺度下控制相应纳米体系SP及SERS的基本规律；亦可实现单分子灵敏度的SERS探测，为肿瘤、DNA等生物医药探测提供新的基底与造影剂，具有重要的基础科学意义和广阔的应用前景。

针对新型金属纳米结构及基于其表面等离子体(SP)元器件的缺乏，本项目的主要工作包括：（1）采用有限元的数值模拟，设计了选定部位介质层包裹的贵金属纳米球，纳米棒，以及纳米柱二聚体，对其SP光学特性进行了优化，研究其用做表面增强拉曼散射(SERS)基底及SERS探测和传感时的性能。（2）采用自组装方法制备形貌规则、尺寸可控的选定部位介质层包裹的金纳米棒，确定了样品合成的最佳实验参数。并与数值模拟相结合，研究了相应的单一纳米结构单元在用作SERS和生物探测时的性能。通过系统研究，本项目揭示了选定部位介质层包裹的金属纳米体系的SP特性及其SERS性能与其形貌、尺寸的关系；阐明了纳米尺度下控制相应纳米体系SP及SERS的基本规律。并得到了高达单分子分辨率的SERS及TERS针尖；实现了纳米结构选定部位的功能化，提供了一种新的可控的ＳＥＲＳ基底；首次得到了可用作生物探测的非线性响应的基于SP的贵金属纳米传感器，给出了其非线性的物理根源；得到了转换效率提高的，可用于太阳能的光电转换的纳米生物马达。本项目的研究不仅具有重要的科学价值，对于SERS探测，传感，以及太阳能电池的应用都具有参考价值。