由于超透镜在光场相位调控、多功能复合、微纳集成等方面具备传统透镜无法比拟的优势,故其在许多领域具备极大的应用潜力。但是,超透镜的设计需要专业人员具备专业知识及丰富的经验,这使得非专业人员无法快速掌握,为此阻碍了超透镜的规模化制备。通过MATLAB和时域有限差分法(FDTD)的混合编程,研究了不依赖于预设物理模型的超透镜的设计过程,实现了介质超透镜的自动化设计。通过在MATLAB编写的软件界面上输入所需的超透镜参数,后台调用FDTD设计仿真程序来构建纳米结构,可以计算出结构的尺寸与相位和透过率的关系。根据所需的相位分布来构建超透镜,最后对超透镜进行数值模拟仿真及性能评估。所述的设计流程及软件能极大地方便非专业人员进行超透镜的设计。

咖啡酸（CA）是一种具有很高的医学价值的药物成分, 在抗菌抗病毒方面应用广泛, 尤其是咖啡酸及其衍生物在抗肿瘤方面有着巨大作用, 现在对咖啡酸的相关研究越来越多, 但大部分都是关于咖啡酸医学性质的研究, 所以对咖啡酸分子的微观结构研究是非常有必要的。 目前关于CA在Ag表面上的表面增强拉曼散射（SERS）光谱的理论与实验结合的研究尚未见报道, 而对其振动光谱及表面增强机理的研究可以为咖啡酸的各种药学机理的研究提供一种科学的物理解释, 所以有必要将密度泛函理论（DFT）方法与表面增强拉曼散射技术相结合, 对咖啡酸在Ag纳米颗粒上的吸附性质及表面增强机理进行全面的研究, 这对推进它们在医药学等领域的相关研究有着重要的参考价值。 采用SERS与DFT技术对CA分子在Ag纳米颗粒表面上的表面增强拉曼光谱进行了研究。 在实验方面, 利用热还原反应原理, 使用柠檬酸三钠和硝酸银在加热搅拌情况下制备Ag纳米颗粒, 并使用激光共聚焦显微拉曼光谱仪测量了CA分子的常规拉曼散射（NRS）光谱及其表面增强拉曼散射（SERS）光谱。 在理论计算方面, 采用DFT的B3LYP方法, 以6-31+G**和LANL2DZ分别作为C, H, O和Ag的计算基组来优化咖啡酸的分子构型, 羟基与Ag4的吸附构型, 羧基与Ag4的吸附构型, 羟基与羧基共同与Ag4吸附的构型, 并以此为基础分析计算了CA分子的NRS光谱以及三种可能吸附模型的SERS光谱, 并结合实验结果进行比较。 同时对CA分子的振动模式进行了详细指认。 根据实验数据和理论结果分析, 在452 cm-1处的谱峰归属为环面外弯曲振动和O—H面外弯曲振动的耦合, 这说明CA分子上的酚羟基是与Ag纳米颗粒表面作用的, 不过相互作用较弱, 推测CA分子平面可能与Ag基底表面不垂直; 出现在1 338 cm-1处的谱峰归属于COO—伸缩振动, 则可以说明CA分子上的羧基可能与Ag纳米颗粒垂直吸附。 结果表明, CA分子是以羧基和酚羟基为吸附位吸附在Ag纳米颗粒表面上的。 同时对CA分子的振动模式进行了详细指认。 该工作对推进咖啡酸在生物医药等领域进一步的应用将起到重要作用。

研究了邻羟基苯甲酸(OHBA)的常规拉曼散射(NRS)光谱以及其吸附在Au纳米颗粒上的表面增强拉曼散射(SERS)光谱。 以氯金酸为原料, 柠檬酸三钠为还原剂, 用化学还原法制备了球形的金纳米粒子溶胶, 采用激光显微拉曼光谱仪(激发波长为785 nm), 测定OHBA分子的NRS光谱及其吸附在Au纳米颗粒上的SERS光谱。 同时, 应用密度泛函理论(DFT), 在B3LYP/6-31+G**(C, H, O)/LANL2DZ(Au)水平上, 对OHBA分子进行了结构优化, 在此基础上计算了OHBA分子的NRS光谱以及其吸附在Au纳米颗粒上两种不同吸附构型下的SERS光谱, 并和实验值进行比较。 结果表明, OHBA分子通过羧基吸附构型的计算值比通过羟基吸附构型的计算值与实验值符合的更好。 最后, 利用GaussView可视化软件对其振动模式进行了全面归属。 通过对邻羟基苯甲酸分子拉曼谱峰的详细指认能够得出: Au溶胶中的邻羟基苯甲酸分子, 是通过羧基倾斜地吸附在Au纳米颗粒表面的。 可视化软件直观形象地展示出了该分子的结构特征和分子基团振动情况, 对其振动峰位的归属提供了重要依据。 本文工作对推进邻羟基苯甲酸在生物医药等领域进一步的应用具有重要作用。

本文研究了间羟基苯甲酸(m-hydroxybenzoic acid,MHBA)的常规拉曼散射(normal Raman scattering,NRS)光谱及其吸附在Ag纳米颗粒上的表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering,SERS)光谱。采用密度泛函理论(density functional theory,DFT),在B3LYP/6-31+G**(C、H、O)/LANL2DZ(Ag)水平上,对MHBA分子进行了几何结构优化,在此基础上计算了MHBA分子的NRS光谱以及其吸附在Ag纳米颗粒上两种不同吸附构型下的SERS光谱,并和实验值进行比较。结果表明,间羟基苯甲酸分子通过羧基与羟基共同吸附构型的计算结果比该分子通过羧基吸附构型的计算结果更符合实验值。最后,利用GaussView可视化软件对其振动模式进行了全面归属。

为了实现激光诱导击穿光谱(LIBS)技术对自然水体中痕量Cu元素的快速检测，实验以蒙脱石粉末为吸附基底，富集溶液中的Cu元素后进行LIBS测量。分析样品的发射光谱特性后确定了324.7 nm特征谱线为Cu的分析线；基于不同参数条件下分析谱线的强度和信噪比，得出最佳激光光斑尺寸为100 μm，最优激光能量为45.9 mJ，最佳延迟时间为3 μs。在最佳实验参数条件下，建立了水体中Cu元素的定标曲线，拟合结果显示，线性相关系数为0.996，检测限达到0.03 mg/L。利用该方法对不同地点采集的水样进行检测，所测结果与电感耦合等离子原子发射光谱法测量结果一致，表明该方法可用于自然水体中Cu元素的测量。

为了对原油中金属元素含量进行分析, 利用激光诱导击穿光谱技术分别采用Na光谱的积分强度、峰值强度作定标曲线对高温灼烧后的原油中的Na进行了定量分析。实验中选取Na Ⅰ 588.995nm,Mg Ⅰ 383.230nm,Al Ⅰ 308.215nm,K Ⅰ 404.414nm,Ca Ⅰ 364.441nm,Fe Ⅱ 273.955nm作为分析线对原油样品灼烧后的6种元素进行分析, 测得其质量分数分别为0.0592,0.0029,0.0212,0.0019,0.0072,0.1686, 并得出了定标曲线的线性相关系数及检出限。结果表明, 选用积分强度作定标曲线效果更好;激光诱导击穿光谱技术测量结果与X射线荧光光谱技术对Na的测量结果相对误差为6.28%;激光诱导击穿光谱技术可应用于原油中金属元素含量的测量。

采用量子化学B3LYP(含电子相关效应的杂化密度泛函)方法和HF(Hartree-Fock, 哈特利-福克)方法, 在6-31+G**(C, H, N, O)/LANL2DZ(Ag)水平上, 对TH(Thymine, 胸腺嘧啶)分子进行了几何结构优化, 计算了TH分子的NRS(normal Raman scattering, 常规拉曼散射)光谱和TH与Ag原子以及Ag2团簇吸附的SERS(surface-enhanced Raman scattering, 表面增强拉曼散射)光谱, 并将两种理论方法计算的结果和实验值进行比较。 结果表明: 对于NRS光谱, 采用DFT方法的计算结果比HF方法的计算结果更符合已有实验值； 而对于SERS光谱, 采用HF方法的计算结果更好。 最后, 通过GaussView可视化软件, 对TH分子的振动频率进行了更为全面地归属。

不同取代基团会引起电子光谱发生不同的变化， 为获得分子结构与电子光谱之间的关系， 采用量子化学计算方法进行了理论分析。 使用DFT、 CIS分别对基态、 激发态进行几何结构优化， 再用TDDFT计算优化结果得出电子光谱。 结果表明： 不同取代基团都改变了碳氮环基态、 激发态的几何构型， 前线区域轨道能量， π电子共轭系统， 这些变化都导致电子光谱发生相应变化。 得出不同取代基对电子光谱的影响规律， 为电子光谱分析鉴定衍生物提供了理论参考。

采用密度泛函理论(density functional theory, DFT), 在B3LYP/6-31+G**(C, H, O)/LANL2DZ(Ag)水平上, 对糠醛(furfural, FUR)分子进行了几何结构优化, 并计算了FUR分子的常规拉曼散射(normal Raman scattering, NRS)光谱和FUR与Ag原子以及Ag2和Ag4团簇吸附的表面增强拉曼散射(surface-enhanced Raman scattering, SERS)光谱。 结果表明, 理论值与已有的实验值符合得较好, 采用FUR-Ag4吸附构型的计算结果比FUR-Ag和FUR-Ag2吸附构型的计算结果更符合已有实验值。 最后, 通过Gauss View可视化软件, 对FUR分子的振动频率进行了更为全面地归属。 通过FUR分子SERS与NRS的比较, 可得出FUR分子与Ag原子发生了相互作用, 且被吸附的糠醛分子的杂五环是与银表面垂直的。

采用自悬浮定向流法制备出Ag2Al复合金属间化合物的纳米微粉, 通过透射电子显微镜、X射线衍射仪和X射线能谱仪对纳米微粉的显微结构、粒度、相组成和成分构成进行研究。结果表明：所制备出的复合金属间化合物纳米颗粒呈规则球形, 粒径分布在20～110 nm之间；纳米合金颗粒的主要组成相为Ag2Al, 并伴有少量的Al；样品中的Ag, Al原子数比约为66.5∶33.5, 金属间化合物纳米颗粒中Ag2Al晶粒尺寸约为33 nm, Al的约为21 nm。