为了提高金属纳米粒子在光纤表面的富集密度，同时提高光纤表面增强拉曼散射（SERS）复合结构拉曼增强特性的稳定性，提出一种双金属（金和银）锥形光纤SERS探针结构。首先，采用化学还原法制备出形貌均一的金银纳米粒子；然后，采用光诱导的方法实现双金属在锥形光纤上的富集。制备的光纤SERS探针表现出良好的实验效果：对罗丹明6G（R6G）检测到的最低浓度低至10^-10 mol/L；增强因子为2.07×10⁸；相较于单金属银光纤SERS探针，双金属样品的稳定性提高了7倍（96 h后）。

白光干涉型法布里-珀罗（F-P）传感技术能够实现间隙值的绝对测量。本文综述了基于白光干涉的光纤F-P传感技术领域的研究工作，重点阐述了高温高压极端环境下光纤F-P传感器及其解调技术的研究现状。目的是分析高温高压环境下基于光纤F-P传感技术的物理参数测量的原理与方法，实现基于白光干涉的光纤F-P传感技术的实用化和工程化。

以凹凸棒石黏土基气凝胶为精油载体制备高载量香氛剂并实现精油长效控释。以凹凸棒石为三维网络骨架、以植物纤维为增韧补强材料, 制备了一种高比表面积、高孔隙率和优良机械加工性能的的凹凸棒石/植物纤维复合气凝胶。该气凝胶对甜橙精油的负载率高达96%且挥发残油率低(<5%)。疏水改性提高了气凝胶对精油的负载率并显著延长精油缓释时间。精油挥发均呈现短暂快速下降、稳定释放、缓慢下降3段变化规律, 展示复合气凝胶对精油挥发的良好控速能力: 体积为4 cm3的香氛剂在60 ℃实验温度下可维持80 mg/h恒速释放27 h, 累计释放时间为31 h; 精油控释速率随气凝胶体积增大而增大, 在1 cm3后逐渐趋近平台值; 精油在气凝胶中的释放行为符合Korsmeyer-Peppas模型, 属于Non-Fickian扩散。

采用了紫外光诱导的方法在二氧化钛纳米杆的表面生长银纳米粒子,将其作为表面增强拉曼散射基底。重点研究紫外光照时间对拉曼灵敏度的影响,制备不同光照时间下二氧化钛纳米杆/银复合结构的样品。利用COMSOL Multiphysics仿真软件计算二氧化钛纳米杆/银复合结构表面的电磁分布和理论增强因子。实验结果表明,紫外光照10 min后,基底对罗丹明分子的检测浓度低于10 ^-10 mol/L,最大增强因子约为1.84×10 ⁸,该基底具有良好的自清洁功能。

通过真空热蒸镀和高温退火法制备的金属纳米复结构SERS基底因其具有良好的灵敏度, 稳定性和均匀性而广泛应用于各种检测领域。 石墨烯具有优良的光学特性, 化学惰性以及荧光猝灭效应, 自被发现以后一直是光学微纳器件中的一大热门材料。 石墨烯还可以有效分离探针分子与基底, 优化拉曼光谱质量, 因此广泛应用于SERS研究领域。 同时石墨烯可以有效隔绝金属纳米结构与空气的直接接触防止金属纳米结构被氧化而失效, 也可以催化氧化银的脱氧反应提升SERS基底的稳定性。 在石墨烯/金属纳米复合结构SERS基底在制备过程中, 受到金属膜的种类、 厚度参数、 气体种类、 退火时间、 温度和气压等因素的影响, 制备的金属纳米结构形貌存在很大差异。 石墨烯的拉曼光谱会因为应力和掺杂导致其拉曼特征峰出现不同程度的增强, 移动以及展宽。 （1）采用真空热蒸镀法和高温退火法制备石墨烯/银纳米复合结构SERS基底, 建立了金属纳米颗粒成型机理的模型, 从孔洞形成、 孔洞生长、 金属纳米岛形成三个阶段分析了金属纳米粒子的成型过程, 实验沉积5, 10, 15以及20 nm的银薄膜, 退火后银纳米结构的覆盖率分别为~35.1%, ~24.4%, ~30%以及~96.0%, 在沉积银薄膜样品上使用湿法转移石墨烯, 退火处理后发现石墨烯阻止了银纳米岛的形成过程; （2）理论分析了银薄膜厚度、 石墨烯覆盖对复合结构的几何形貌、 拉曼增强特性的影响, 石墨烯由于其具有较高的杨氏模量和表面张力, 可以有效抑制退火过程中银薄膜向纳米粒子转变的过程, 从而实现对复合结构表面形貌的调控; （3）实验研究了银纳米粒结构形貌对石墨烯拉曼光谱的影响, 并理论分析了蒸镀不同银薄膜厚度的样品对石墨烯的拉曼光谱增强, 移动以及展宽影响的具体原因。

一直以来, 将纳米结构材料用于其表面增强拉曼散射(SERS)时会先测试其吸收光谱, 因为一般研究认为, 纳米结构材料产生SERS的原因是纳米结构材料对于入射光的吸收产生了局域表面等离子体共振(LSPR), 因此我们常把SERS的增强因子随波长变化的曲线等同于吸收光谱曲线。 近年来, 有学者认为两者之间的联系可能是非常间接的, 并且在许多情况下会产生误导。 为了能够阐明两个之间的具体关系, 考虑到银纳米粒子(AgNPs)以其局域表面等离子体共振而显著提高拉曼散射的能力而闻名, 是制备SERS基底的理想纳米材料, 我们从实验和理论两个角度研究了三种不同状态的AgNPs中表面增强拉曼散射的增强因子(EF)、 吸收光谱以及空间的电场分布。 实验上, 利用化学还原法制备了银溶胶(Ag-sol), 并对Ag-sol做了透射电子显微镜(TEM)、 紫外可见分光光度计(UV-Vis)以及拉曼的表征实验, 统计和计算了银溶胶的EF和吸收光谱。 理论上, 利用仿真软件COMSOL Multiphysics建立了不同聚合类型AgNPs的仿真模型, 模拟计算了与实验相对应的EF随波长变化的曲线以及吸收光谱。 结果表明: 表面等离子体共振的空间分布对吸收和最大EF值起着重要的作用; 具有固定位置的共振吸收峰(第一个峰位)主要受“单颗粒类型”效应的影响, 而最大EF处的吸收峰(第二个峰位)由“耦合间隙类型”效应引起的蓝移谐振峰主导, 且最大EF值及第二个吸收峰的峰位会随着粒子的间隙、 偏振角度等因素而变化。 研究表明, AgNps样品的吸收光谱和最大EF曲线之间是部分相关的。

设计了一种可重复使用的石墨烯-有序银纳米孔(GE-AgNHs）基底。 采用表面等离子体（surface plasmons, SPs）光刻技术在银膜上刻蚀出均匀的周期性纳米孔阵列; 用湿转移法将石墨烯转移至银纳米孔上形成有序石墨烯-银纳米孔复合结构。 石墨烯不仅提供了分子吸附平台, 也作为参考和校准层来提高表面增强拉曼的再现性。 银膜暴露于空气中时容易被氧化, 石墨烯覆盖于银膜表面可以隔绝空气, 从而达到减缓银膜氧化的目的。 分别采用光学显微镜、 场发射扫描电子显微镜（SEM）以及拉曼光谱表征。 从SEM表征结果可以看出银纳米孔均匀分布。 通过时域有限差分算法（finite-difference time-domain, FDTD）仿真模拟了不同孔径（220~280 nm）基底的电场分布(|E|)。 仿真结果表明: 电场强度随孔径的减小稍有增强, 在D=220 nm时取得最大电场强度Emax≈11 V·m-1, 计算得到增强因子为~1.46×104。 实验研究包括: 对GE-AgNHs基底本身进行拉曼mapping测试, 测试结果表明: 石墨烯D、 G和2D峰的RSD值分别为18.3%, 22.1%和19.8%, 具有较好的均匀性。 采用浓度为10-8~10-4 mol·L-1的结晶紫（crystal violet, CV）溶液进行拉曼测试并定量分析; 对10-8~10-4 mol·L-1范围内相对强度k(k=I@1 178/I@2D)进行指数拟合, 拟合度R2=97.7%, 若忽略10-4 mol·L-1的数据, 进行线性拟合, 拟合度达96.8%。 使用10-12 mol·L-1的罗丹明6G（rhodamine 6G, R6G）溶液作为探针分子, 硼氢化钠溶液作为清洗剂, 对GE-AgNHs基底进行SERS重复性实验。 从光学显微镜图以及拉曼光谱图中可以看出: 清洗前, GE上存在少量杂质; 清洗后, 得到干净GE拉曼信号。 清洗前后均可测到R6G的拉曼信号, 表明基底可重复性良好; 以773 cm-1为例, 拉曼强度维持50%。

采用真空蒸镀法与湿法转移法制备出银/石墨烯/银(AG/GE/AG)三层结构,再通过一次高温退火,获得可重复利用的AG/GE/AG复合结构基底。利用COMSOL Multiphysics仿真软件计算了电场分布和理论增强因子。拉曼测试实验表明:对基底进行拉曼mapping测试,石墨烯D、G和二维峰的相对标准偏差(RSD)值分别为26.0%、17.8%和23.6%,说明基底均匀性较好。对罗丹明6G(R6G)和结晶紫(CV)的检测极限低至10 -7 mol/L。以浓度为10 -5 mol/L的R6G作为探针分子,硼氢化钠溶液作为清洗剂,研究了AG/GE/AG基底的重复性实验。以613 cm -1和773 cm -1处拉曼峰为例,清洗后,拉曼强度分别维持在71.08%和71.60%。

先采用一步法制备碳纳米管和银纳米颗粒(CNTs/Ag1)基底,再采用银纳米溶胶(Ag2)修饰CNTs/Ag1,得到CNTs/Ag1/Ag2复合结构基底。利用三维时域有限差分(3D-FDTD)计算了电场分布和增强因子。拉曼测试实验结果表明:对罗丹明6G(R6G)的检测极限低至10 -15 mol/L;采用归一化比率k实现对低浓度(10 -15~10 -10 mol/L)的R6G的定量检测,k的相对标准偏差(RSD)低至拉曼强度的RSD的一半。此外,实现了对浓度为10 -9~10 -6 mol/L的结晶紫(CV)溶液的定量检测。不同浓度的两种探针分子的k值的线性拟合度均达到99%以上。

将波导模式下的光子格林函数与分子的量子光学形式结合,理论分析和计算了槽型波导耦合结构中单分子及多分子的拉曼增强因子。以平均增强因子、珀赛尔因子、波导收集百分数为主要性能参数,对独立槽型波导和复合型槽型波导的差异进行对比。结果表明,复合型槽型波导能获得显著更高的拉曼增强因子(相对于槽型波导提高了2~3个数量级),这主要是电场、珀塞尔因子、光物质相互作用体积和拉曼信号收集效率共同增加的结果。