1 Research Center for Humanoid Sensing, Zhejiang Lab , Hangzhou 311121, Zhejiang , China
2 State Key Laboratory of Luminescent Materials and Devices, School of Materials Science and Engineering, South China University of Technology, Guangzhou 510641, Guangdong , China
3 Laboratory for Shock Wave and Detonation Physics Research, Institute of Fluid Physics, China Academy of Engineering Physics, Mianyang 621900, Sichuan , China
Glass with heavy doping of noble metal nanoparticles is expected to exhibit high optical nonlinearity. In this study, the effects of glass composition, structure, and heat treatment on the formation of silver nanoparticles (Ag NPs) in phosphate-bismuthate (PB) glass are investigated. By optimizing the chemical composition and preparation parameters, strong localized surface plasmon resonance is achieved in the PB glass with a silver mass fraction of more than 13%, which is 20 and 6 times higher than that in bismuthate and phosphate glasses reported previously, respectively. The high solubility of the phosphate component and the self-reduction effect of the bismuthate component jointly contributed to the stability and high content of Ag NPs in the PB glass. Z-scan measurements show that such heavy doping PB glass has a reverse saturable absorption coefficient of -14×10-12 m·W-1 and a saturable absorption coefficient of 4.94×10-12 m·W-1 at 800 nm. Furthermore, the heavy doping PB glass exhibits excellent thermal stability, making it promising for the fabrication of nonlinear optical fibers. In addition, with a heavily silver-doped PB glass rod as the core and a commercial silicate glass tube as the cladding, a composite glass fiber with high Ag-NP doping is successfully fabricated using a "molten-core" fiber drawing method.
phosphate-bismuthate glass silver nanoparticle optical nonlinearity molten-core fiber drawing 激光与光电子学进展
2024, 61(3): 0316006
北京工业大学材料与制造学部激光工程研究院,北京 100124
表面增强拉曼光谱(SERS)是一种高灵敏的分子振动指纹光谱技术。光辅助化学还原制备SERS衬底具有成本低、环境适用性强等优势,但在微纳结构多样化制造方面存在局限性,限制了SERS衬底的检出性能。笔者系统研究了介质微球独特的聚焦特性,揭示了微球直径对聚焦光场分布的调控规律,在微球底部实现了可控的光场空间分布,实现了多级银微纳结构的快速光还原合成。进一步,通过优化制备参数(前驱液浓度比、激光辐照功率及辐照时间),成功制备了具有优异拉曼增强效果的多级银纳米颗粒/银微环/介质微球(AgNPs/AgMRs/MS)复合结构。通过介质微球和多级银微纳结构(AgNPs/AgMRs)中的光场耦合,即微球聚焦、多级银微纳结构局域表面等离激元共振以及复合结构定向发射等,实现了10-14 mol/L的痕量检测,增强因子可达9.50×109,为光化学还原制备高性能介质-金属复合SERS衬底提供了新思路。
光谱学 表面增强拉曼光谱 多级银微纳结构 光化学还原 介质微球
1 岛大学化学化工学院,山东 青岛 266071中国科学院青岛生物能源与过程研究所,山东 青岛 266101
2 中国科学院青岛生物能源与过程研究所,山东 青岛 266101
3 岛大学化学化工学院,山东 青岛 266071
要:深海蕴藏着人类远未认知和开发的自然资源和宝藏,要想得到这些,就必须在深海进入、深海探测、深海开发等方面掌握关键技术。耕海探洋、装备先行。鉴于深海具有超高压、低温等极端苛刻环境,深潜器成为探索和开发深海资源的重要利器。深海电源系统是深潜器的核心动力,其性能直接影响到深潜器的作业能力和安全可靠性。因此,世界海洋强国高度重视深海电源的研发。截至目前,深海电源先后经历了铅酸电池、银锌电池、锂离子电池、高能量密度固态锂电池等不同蓄电池发展阶段。因此本文从深海电源用蓄电池主要分类等方面进行系统阐述,并在文末对深潜器用蓄电池等方面所存在的挑战和未来发展趋势进行了详细论述。
深潜器 蓄电池 铅酸电池 银锌电池 锂电池 submersibles batteries lead-acid batteries silver-zinc batteries lithium batteries
1 安徽理工大学材料科学与工程学院, 安徽 淮南 232001
2 哈尔滨工业大学化工与化学学院, 黑龙江 哈尔滨 150001
工业染料的大规模生产和广泛应用给地球生态带来了相当大的影响, 对水环境污染非常严重, 而传统色谱和光谱工具难以检测到微弱的光谱和化学信息, 因此开发便携快速的检测技术至关重要。 表面增强拉曼光谱(SERS)是一种与纳米技术相结合的新型分析技术, 可以实现单分子量级化学物质的检测, 但潜力容易受到SERS 基底的增强能力、 稳定性等普适性问题限制。 研究提出了一种简单而通用的策略, 制备了一种基于疏水性有机半导体双(二氰基亚甲基)-封端-二噻吩并[2,3-d; 2’,3’-d]苯并[2,1-b; 3,4-b’]-二噻吩(4CN-DTmBDT)薄膜为衬底的新型SERS复合基底。 首先通过旋涂法制备有机半导体衬底, 该π共轭有机半导体具有分子结构可控、 生物相容性、 光电特性可微调、 成膜形态参数可控等优势, 衬底表面具有疏水性使纳米银粒子(AgNPs)在其表面形成紧密咖啡环, 制备有机半导体-纳米银SERS复合基底, 探究基底拉曼信号的增强效果。 同时提出了一种该有机半导体与纳米银粒子的协同增强机制, 并对增强能力与增强机理进行了相关研究。 结果表明, 紧密咖啡环的形成减小了银纳米颗粒之间的空间, 检测时通过浓缩分析物, 从而增强了热点效应。 对以有机染料为探针分子罗丹明6G(R6G)的检测限低至1×10-8 mol·L-1, SERS增强因子(EF)达1.30×106, 对于疏水性更优异的PDMS与纳米银粒子复合基底检测限为1×10-5 mol·L-1, 说明单独的纳米银粒子对R6G探针信号增强能力有限, 同时证明研究采用的有机半导体与银纳米粒子之间通过协同效应进一步显著提升基底拉曼信号, 而且灵敏度高、 重复性好。 该SERS复合基底对1×10-4和1×10-8 mol·L-1 R6G染料检测的相对标准偏差(RSD)分别为8.3%和4.7%。 实验表明该有机半导体-纳米银复合基底在废水中染料痕量分析领域具有良好的应用潜力。
表面增强拉曼光谱 有机半导体-纳米银复合基底 咖啡环 协同增强机制 有机染料 Surface enhanced Raman spectroscopy Organic semiconductor-nano silver composite substr Coffee ring Cooperative enhancement mechanism Organic dye 光谱学与光谱分析
2023, 43(7): 2158
光学 精密工程
2023, 31(22): 3279
1 清华大学 材料学院,北京 100083
2 陕西科技大学 材料科学与工程学院,西安 710000
3 清研(洛阳)先进制造产业研究院,洛阳 471000
为了解决低压器件中银基触头易熔焊、易烧蚀、电寿命不足的问题,采用了激光法制备新型石墨烯/银基复合触头。通过激光熔覆技术在商用AgNi15触头表面制备了全覆盖的石墨烯薄膜,将其作为独立涂层抵抗环境的破坏; 进行了理论分析和实验验证,取得了最优工艺条件及相应的性能数据。结果表明,所制备的新型石墨烯/银基复合触头硬度为104.05 HV,密度为9.15 g/cm3,接触电阻为0.016 Ω。该研究为高性能低压触头提供了新的解决方案和实验基础。
激光技术 石墨烯/银基触头 纳秒激光加工 触头性能 laser technique graphene/silver-based contact nanosecond laser processing contact performance
重庆大学光电技术及系统教育部重点实验室,重庆 400044
利用自组装技术将单层银纳米粒子修饰到Whatman No.1滤纸表面,成功制备了柔性表面增强拉曼散射(SERS)基底。实验结果表明:当银粒子尺寸为20 nm时,拉曼增强性能达到最佳。采用此参数制备的SERS基底对罗丹明6G(R6G)分子的检测极限为10-10 mol/L,最大增强因子为5.66×108,相对标准偏差(RSD)为10.9%。同时,该柔性基底能够准确地识别和区分多种目标分子,并具有良好的柔软性和可恢复性。此外,还结合基底的扫描电子显微镜(SEM)表征情况,利用时域有限差分(FDTD)仿真软件对样品的电磁场增强特性进行了数值分析,并对其与实验结果进行了对比。
自组装 银纳米粒子 柔性基底 表面增强拉曼散射 光学学报
2023, 43(21): 2124003
本文介绍了用于全球移动通信系统(GSM)屏蔽和无线局域网(WLAN)隔离的夹层玻璃,在两层玻璃中间夹嵌了一层由圆环和三极子缝隙单元组成的频率选择表面(FSS),能够抑制1.94、3.55和4.98 GHz频段的传输。采用等效电路模型对FSS夹层玻璃的结构参数进行分析, 2 GHz频点会随着圆环半径的增加而前移,三极子在镂空成为三级子缝隙后,产生两个阻带,并且三极子长度会对频点产生影响,对线宽和三级子缝隙宽度则影响不大。本文介绍了等效电路元件参数的提取计算过程,采用电磁仿真软件对FSS结构的传输响应进行仿真,分析了结构的几何参数和入射角度对结构传输特性的影响。在入射角达到60°时FSS夹层玻璃仍具有良好的屏蔽效果。采用丝网印刷方法制作了实验样件,并进行了透波率和透光率测试。测试结果与软件仿真结果一致性良好,因此本文所设计的夹层玻璃在电磁辐射防护、GSM屏蔽和WLAN隔离等方面具有良好的应用潜力。
频率选择表面 夹层玻璃 角度稳定性 三频段 导电银浆 电磁屏蔽 frequency selective surface laminated glass angular stability triple-band conductive silver paste electromagnetic shielding
1 河北工业大学 电子信息工程学院 先进激光技术研究中心,天津 300401
2 中国电信股份有限公司 河北雄安新区分公司,河北 雄安新区 071000
3 河北工业大学 机械工程学院,天津 300130
有机溶剂中的水杂质强烈影响化学反应的进程。然而,目前检测痕量水的方法仍存在操作复杂、实验试剂毒性高、检测灵敏度低、无法实时监测等不足。为了克服这些缺点,提出了一种在可见光波长范围内银和丝蛋白结合的D型光纤传感器。该传感器利用金属银和丝蛋白作为主要材料,利用二者出色的传感特性,设计了一种可见光波长的光纤传感器,用于高灵敏度有机化合物中的痕量水检测。研究结果总结如下:首先,提出了在可见光波长范围内银和丝蛋白结合的三明治结构,银被用作外部夹层来诱导表面等离子体共振效应。通过理论分析,观察到所提出的D型光纤传感器表面的双层银结构与单层银结构相比,可以诱导强光局部化。在接下来的尺寸选择过程中,对丝蛋白初始厚度、空气孔大小、银光栅的高度、数量、间距和下层银厚度进行了优化,得到了最佳传感结构,对有机物中痕量水的检测灵敏度高达1.39 nm/ppt (1 ppt=10−12),与同类型的痕量水传感器相比具有较大的优势。另外,拟合线的R2大于0.999,达到了预期的效果。
双层金属银膜 丝蛋白 痕量水传感器 表面等离子体共振 double-layer silver film silk protein trace water sensor surface plasmon resonance 红外与激光工程
2023, 52(8): 20230394