设计了一种可用于中红外波段探测的双层花瓣结构光学天线，利用有限时域差分方法，分析了结构参数、入射光偏振方向对单层天线共振波长及尖端电场强度的影响。在优化单层结构的基础上，计算了双层天线层间距（h）介于0.1~0.8 μm时，不同入射波长下上层天线尖端电场强度与入射光电场强度比值。为研究下层天线对于上层天线电场的增强机理，固定入射光波长，扩大天线层间距h（0.1~3.6 μm），对有无上层天线两种结构，分析相同探测点电场强度比随h的变化。结果表明，h<1 μm时，上层天线尖端电场增强主要来自于双层天线耦合增强，其中h<0.2 μm时，上层天线尖端场强随着距离h的减小而降低，主要因为近场耦合导致上层天线尖端能量转移到层间；h>1 μm时，上层天线尖端电场增强主要来自于下层天线反射光的干涉增强。

表面增强红外光谱(SEIRAS)是一种极具潜力的分析技术, 近年来被广泛应用于诸多领域。 SEIRAS技术的关键在于具有红外增强效应的基底, 但目前已有的SEIRAS基底制备的成本、 步骤和耗时等都还有待优化。 金属材料由于其不透光性, 通常难以用作透射模式(T-SEIRAS)基底的衬底, 本研究创新性地使用具有三维孔隙结构的泡沫铜材料作为衬底, 基于置换反应在泡沫铜上负载银纳米粒子, 研发出一种快速、 简便、 低成本的T-SEIRAS基底制备方法。 优化了银离子溶液浓度、 表面活性剂用量、 反应时间等主要影响因素, 结果表明: 硝酸银(0.2 mmol·L-1)用量为10 mL, 聚乙烯吡咯烷酮(PVP)(0.05 g·mL-1)用量为2 mL, 反应时间为30 s时, 基底红外增强效果最好。 通过扫描电镜(SEM)、 X射线光电子能谱(XPS)对SEIRAS透射基底的表征, 表明从几十到一百纳米尺度的银纳米被成功负载于泡沫铜衬底上。 优化制备的银纳米-泡沫铜SEIRAS透射基底可对探针分子11-巯基十一烷酸(MUA)及福美双农药产生明显的红外信号增强, 对MUA在1 689 cm-1处的增强达32.7倍, 对福美双在1 371 cm-1处的增强达2.9倍。 分别考察了福美双1 236, 1 371和1 495 cm-1处的吸收信号强度与浓度的线性拟合情况, 1 236 cm-1处的线性最优, 相关系数为0.923。 该基底对福美双的检出限为0.024 mg·mL-1。 研究结果为快速、 简便制备SEIRAS透射基底提供了新方案, 为福美双等有机污染物的现场应急快速检测提供了新思路。

局域表面等离激元(LSP)纳米结构可将自由空间传播的光场高效地收集并会聚在其近场区域的纳米“热点”内,实现分子的高效激发,反之也可将热点内分子的光谱信息“广播”到远场。这一过程伴随着光吸收、辐射、散射及光力、共振偏移、光热等效应的极大增强,这些丰富的现象一方面为LSP纳米结构在传感领域带来了一系列应用,包括表面增强红外吸收光谱、表面拉曼光谱、表面荧光光谱、LSP折射率传感器、纳米光镊与LSP基质辅助激光解吸/电离等;但同时其行为的复杂性也给研究者理解该领域的机理与应用带来困难。针对这一状况,本文从理论与应用两方面对各类LSP传感器进行回顾和梳理,一方面利用基于准静态近似下的本征模式理论为各类LSP相关的现象提供一个统一的解析理论框架,同时对各类相关的应用,包括拉曼散射、红外吸收、荧光、折射率传感与激光解吸/离子化等领域的进展与挑战进行简要的回顾,为该领域的研究者提供一个清晰简洁的入门综述。

通过置换反应在金属铝表面制备了表面没有任何保护剂且具有红外增强作用的镍岛膜,用 SEM、 XRD 和表面增强红外光谱对其形貌和性质进行表征.结果表明:铝片上沉积出的镍呈岛状结构,镍岛膜由大量的二次镍粒子和少量的一次镍粒子通过密堆积的方式构成;首次发现具有这种特殊结构的镍对吸附于其表面的有机分子的红外吸收光谱有较大的增强作用,使得表面增强红外光谱可以用于痕量分析、检测.

通过置换反应在金属铝表面制备了表面没有任何保护剂且具有红外增强作用的铜岛膜,用扫描电子显微镜( SEM)、X射线衍射( XRD)和表面增强红外光谱对其形貌和性质进行表征.结果表明:铝片上沉积出的铜呈岛状结构,铜岛膜由二次铜粒子和一次铜粒子通过密堆积的方式构成;首次发现具有这种特殊结构的铜对吸附于其表面的有机分子的红外吸收光谱有较大的增强作用,使得表面增强红外光谱可以用于痕量分析、检测.

对海洋营养盐进行快速检测是海洋污染监控中的一项重要任务。 测量了硝酸钠溶液蒸发过程中的红外光谱, 发现表面增强红外光谱法在营养盐的快速检测中有重要的应用价值。 采用Stober方法制备了二氧化硅纳米颗粒, 然后采用银氨溶液与二氧化硅溶液混合的方法制备银/二氧化硅(Ag/SiO2)复合材料, 并利用扫描电镜(SEM)、 X射线衍射(XRD)以及紫外-可见(UV-Visible)吸收光谱对其进行表征。 研究了硝酸钠水溶液干燥过程中Ag/SiO2复合材料对硝酸钠红外吸收光谱的影响, 结果表明硝酸根反对称伸缩振动吸收峰的吸收强度得到增强, 这可能来自Ag/SiO2薄膜材料的界面效应。

二硫双琥珀酰亚胺基丙酸酯 (dithiobis-succinimidyl propionate, DTSP)是一种重要的同源双功能偶联分子, 广泛地应用于蛋白质在载体表面的共价固定。 研究利用表面增强红外光谱分析了DTSP分子在真空蒸镀金岛膜表面的吸附特性。 首先通过密度泛函理论对吸附于金表面的DTSP分子进行了结构优化, 计算了该分子的振动模式和红外强度。 表面增强红外吸收和变角偏振反射吸收测量结果表明TSP分子在金表面有序排列, 其五元杂环平面与金表面法线成65°左右的二面角。 此外, 表面增强红外光谱还成功地监测到了TSP分子和Nα′, Nα″二(羧甲基)-L-赖氨酸在金表面的实时组装过程。

利用激光刻蚀法制备了具有“化学纯净” 表面的银岛膜， 该岛膜有很好的表面增强特性。 利用表面增强拉曼光谱和表面增强红外光谱对胸腺嘧啶分子在银岛膜表面的吸附状态进行了对比研究。 表面增强拉曼光谱中CN和C—O伸缩振动模式的出现表明胸腺嘧啶分子由原来的酮式结构变成了烯醇式结构; C(4)O伸缩振动谱带明显增强和N(3)的去质子化异构体特征峰的存在证明胸腺嘧啶分子是通过O(8)和N(3) 的共同作用倾斜地吸附在银岛膜表面。 对10－5 mol·L-1胸腺嘧啶在银岛膜表面上的红外光谱利用欧米采样器进行了反射法测量， 发现其红外吸收增强了200倍。 红外信号分析的结果支持了胸腺嘧啶分子通过O(8)与银表面发生相互作用的论断， 同时也可得出胸腺嘧啶倾斜地吸附在银岛膜表面的结论。