表面增强拉曼散射(SERS)很大程度的弥补了拉曼散射强度弱的缺点, 迅速成为科研工作者们的研究热点, 在食品安全、 环境污染、 毒品以及爆炸物检测等领域应用广泛。 纳米技术的发展使得目前对于SERS的研究主要集中于金属纳米颗粒基底的制备, 金属纳米粒子的种类、 尺寸及形貌对SERS增强和吸收峰峰位均有影响, 要获得好的增强效果, 需要对金属纳米结构进行工艺优化。 特别是, 需要结合金属纳米粒子的结构和激励光波长, 以期获得更好的增强效果。 为了研究SERS增强和吸收峰之间的关系, 开展了具有双共振吸收峰的金属纳米粒子的研究。 首先利用FDTD Solutions仿真建模, 主要针对金纳米颗粒直径、 金纳米棒长径比及分布状态对共振吸收峰进行仿真, 得到金纳米球理论直径在50 nm左右, 金纳米棒理论长径比在3.5~4.5左右时, 吸收峰分别分布在532及785 nm附近, 符合多波段激励光拉曼增强条件; 对于激励光偏振方向, 其沿金纳米棒长轴方向偏振时吸收峰位于785 nm附近, 沿金纳米球短轴方向偏振时吸收峰位于532 nm附近。 然后采用种子生长法, 制备了可用于多种波长激励光的双吸收峰表面增强拉曼散射基底。 通过改变硝酸银用量(5, 10, 20, 30和40 μL)、 盐酸用量(0.1和0.2 mL)以及其生长时间(15, 17, 21和23 h)等多种工艺参数来控制金纳米棒含量, 得到了同时含有金纳米球及金纳米棒的双吸收共振峰金纳米粒子。 最后用该样品作为基底, 罗丹明6G(R6G)作为探针分子, 分别测试其在532, 633和785 nm激励光入射时的SERS表征, 对分析物R6G最低检测浓度均达到了10-7 mol·L-1, 增强因子达到了~105, 满足了多波段SERS检测的需要。

光热治疗基于光热药剂在激光照射下产生热量, 进而高温杀死肿瘤细胞, 因而实时监测光热过程中微观温度变化对于优化治疗效果具有十分重要的作用。稀土Eu3+配合物的发光具有线谱、长荧光寿命以及对温度高度敏感的特点, 利用Eu3+配合物的温敏特性可检测光热过程中的温度变化, 整合温度监测功能和光热特性的纳米体系在光热治疗领域具有很好的应用前景。本文制备了一种内部封装温度敏感探针Eu3+配合物且表面复合金纳米球的功能纳米颗粒, 将该功能纳米颗粒分散液置于不同的温度环境中, 发现其荧光性能对温度具有高的响应灵敏度, 即Eu3+的特征发射峰(615 nm)强度随温度升高降低52.7%, 表明该稀土荧光温度纳米传感器具有高的温度敏感性。在激光辐照下, 功能纳米颗粒可以产生良好的光热现象, 基于自身的温敏特性可实时对光热特性进行温度监控。

基于有限元算法和Maxwell应力张量法, 分析了紧聚焦高斯光束照明下金基底表面的金纳米球所受光力。利用无结构的平整金基底, 被捕获的金纳米颗粒和金基底之间能够产生间隙表面等离激元和局域表面等离激元共振效应, 将电磁场局域在金球与金基底之间的纳米间隙内, 增强了金纳米球所受光力以及光阱刚度。通过研究入射光的偏振态、金纳米球的半径、基底类型以及聚焦光束焦点到基底表面距离对光力的影响, 得到了实现基底附近金纳米球稳定捕获以及获得最大光力的优化方案。

利用等离子体成像、散射光检测技术综合研究了聚焦的纳秒激光在去离子水和24 nm粒径的金纳米球溶液中的光致击穿现象。随着激光能量的增加，强击穿过程中产生的明亮等离子体区域增大，且沿轴向逐渐产生多个明亮等离子体区域，即多点击穿；同时，产生的明亮等离子体区域沿光轴方向的延伸具有不对称性，低浓度的金纳米球溶液中更加明显。弱击穿通常只发生在激光能量比较低的情况中，激光能量到达一定阈值时，只出现强击穿。低浓度的金纳米球溶液能显著降低光致击穿所需的最低能量；而金纳米球浓度增加，光致击穿所需能量增加。与去离子水中相比，金纳米球溶液中的光致击穿更容易获得亚微米尺度的空化气泡，且产生的空泡尺寸更加稳定。

通过有限元方法研究了增益系数以及核壳比对纳米核壳结构 表面等离激元共振特性的影响,对球心为增益介质、球壳为金的纳米核壳结构进行了数值模拟。计算结果表明:随着 增益系数增大到临界值,散射截面增大近2×105倍,吸收截面变为负值,消光截面近似为0, 电场强度增强近185倍,谐振 带宽从60 nm缩小到1 nm。同时,随着核壳比的增大,吸收及消光共振峰均发生红移现象。相关结果为增益介质在金属纳米结构 中的应用提供了理论参考和技术支持。

观测了金纳米球壳微粒(纳米级Au-2S介质外包裹一层纳米级厚的金壳)的荧光光谱,与块状Au2S的荧光峰相比,金纳米球壳的荧光峰蓝移到蓝绿区域。蓝移的主要原因是核壳纳米复合结构中的表面态和量子尺寸效应。