高危阿片类毒品海洛因的泛滥, 对国家安定、 社会经济和人民生命财产安全带来了巨大的危害。 高效、 准确的海洛因及其代谢物的检测鉴定方法在打击毒品犯罪, 处理涉毒案件以及公安禁毒工作中具有十分重要的意义。 表面增强拉曼光谱（SERS）兼具检测速度快、 操作简便、 灵敏度高、 指纹识别及无损检测等优点, 能够实现对毒品的高效、 便携检测。 若结合模式识别技术, 可提高数据处理效率、 避免人为错判的发生, 进而实现自动精确分类识别的目的。 针对溶液中微/痕量海洛因及其代谢物, 提出了基于Au/SiO2复合纳米球阵列（Au/SiO2 NSA）的SERS检测与模式识别相结合的方法, 实现对它们的灵敏检测与高效鉴别。 首先, 采用气-液界面自组装和磁控溅射沉积的方法制备了具有良好SERS活性和结构一致性的Au/SiO2 NSA, 以此为SERS基底（芯片）, 结合便携式拉曼光谱仪, 成功实现了对水溶液中海洛因及其主要活性代谢物（6-单乙酰吗啡（6-MAM）和吗啡）的灵敏检测, 检测限低至10-4 mg·mL-1。 然后, 利用模式识别技术中的系统聚类分析（HCA）、 主成分分析（PCA）和支持向量机（SVM）对所获得的谱图数据进行定性/定量分类识别。 结果表明, 在HCA和PCA均能准确分类的基础上, 采用基于径向核函数、 线性核函数、 多项式核函数、 S型核函数中任意一种建立的PCA-SVM模型, 均能够100%地对海洛因、 6-MAM和吗啡进行定性识别； 选取基于径向核函数的SVM模型, 对不同浓度海洛因定量区分的准确率可达90.1%； 而通过基于线性核函数的SVM模型, 对不同浓度6-MAM和吗啡的判别准确率分别为84.8%、 70.2%。 这项工作不仅为基于SERS的灵敏检测与精准鉴别提供了一种具有实用价值的高质量基底（芯片）, 也为对海洛因及其代谢物进行准确的分类及识别给出了可行的方案。

周期性纳米结构阵列因其独特的光学效应在新型传感技术领域具有巨大的应用潜力, 引起人们极大的兴趣。 其光学特性依赖于形貌和结构参数, 一般可通过调整这些参数来调控其光学性能, 而通过外加磁场调节其光学性能鲜有报道。 通过气液自组装法制备胶体晶体模板, 采用等离子体刻蚀技术实现了对胶体晶体模板结构尺寸的调控。 在此基础上, 结合磁控溅射技术合成了具有六角周期性排列的亚波长尺寸磁性Co纳米球阵列膜, 并研究了其在结构参数和外磁场作用下的光学性质。 通过紫外-可见-近红外光反射谱发现, 随着刻蚀时间从0 min增加到4.5 min, 在可见光波段, 光反射峰波长从512 nm蓝移到430 nm, 蓝移了82 nm, 峰强从10.69%降低到7.96%, 减弱了2.73%; 在近红外光波段, 光反射峰波长从1 929 nm蓝移到1 692 nm, 蓝移了237 nm, 峰强从10.92%降低到7.91%, 减弱了3.01%。 通过控制刻蚀的时间, 可实现对Co纳米球阵列膜光反射峰峰位和峰强的有效调控。 对未刻蚀和刻蚀的Co纳米球阵列膜施加一个垂直的外加磁场, 在外磁场作用下, 二者的光反射峰峰强均表现出不同程度的增强。 随着外加磁场的逐增, 未经刻蚀的Co纳米球阵列膜在近红外波段(1 938 nm)的光反射峰峰强从10.81% (0 Oe) 增加到16.56% (1 100 Oe), 增强了5.8%; 而经等离子体刻蚀后的Co纳米球阵列膜的近红外反射峰(1 921 nm), 其峰强从8.45% (0 Oe) 增加到16.74% (1 000 Oe), 增强了8.29%。 结果表明, 经等离子体刻蚀后的磁性Co纳米球阵列膜的反射光谱表现出更灵敏的外磁场响应。 基于近红外光反射峰最大值与外磁场强度的关系, 定性解释了外磁场对磁性Co纳米球阵列膜的光反射性能的影响: 对于未刻蚀的样品, 外磁场主要通过改变样品的磁有序, 从而影响其复折射率进而影响其光反射性能; 对于刻蚀后的样品, 除了外磁场对样品的磁有序产生影响从而影响其光反射率外, 还有诸如散射、 衍射等其他物理机制相互竞争的影响。 该研究为磁场动态调控材料的光反射性能提供了一种方法, 也为新型光学器件的研究提供了模型。

选用纳米球刻蚀技术在蓝宝石(Al₂O₃)基底上制备350 nm 聚苯乙烯(PS)微球密排掩模版,然后采用反应射频磁控溅射方法分别在PS/Al₂O₃和Al₂O₃基底上沉积氧化锌(ZnO)薄膜,去除掩模版的PS微球后,对经退火处理的两种样品进行X射线衍射分析、扫描电子显微镜观察和荧光光谱测试。结果表明,在PS/Al₂O₃上生长的ZnO薄膜(样品1)的晶粒呈明显的蠕虫状,而直接在Al₂O₃基底上生长的ZnO薄膜(样品2)表面晶粒为不完全六棱台形状。样品2的结晶性能优于样品1,但是在362 nm附近样品1的近带边缘荧光发射峰强度比样品2的发射峰强43倍。

本文基于TDLAS技术，采用设计制备的微纳光纤气体吸收池，搭建了一套全光纤的NH3浓度检测系统。NH3检测系统的核心部分气体传感通过1.51 μm的微纳光纤完成，该系统检测结果表明，NH3在20000 ppm-100000 ppm浓度范围内，解调的二次谐波幅值与对应浓度之间具有良好的线性关系(拟合方程相关系数R=0.9962)。为了提高NH3浓度的检测性能，采用纳米金涂覆微纳光纤以增强光纤的倏逝场效应。根据实验结果，纳米金涂覆后的微纳光纤NH3浓度检测系统灵敏度有了很大提升，NH3浓度的检测下限可达到260 ppm。对不同浓度的NH3反复监测显示该检测系统稳定性良好，最大相对误差为5.38%，适用于长期稳定性的NH3监测，具有广泛的应用前景。

The development of surface-enhanced Raman scattering (SERS) devices for detection of trace pesticides has attracted more and more attention. In this work, a large-area self-assembly approach assisted with reactive ion etching (RIE) is proposed for preparing SERS devices consisting of Ag-covered "hedgehog-like" nanosphere arrays (Ag/HLNAs). Such a SERS device has an enhancement factor of 2:79×10⁷, a limit of detection (LOD) up to 10^-12M for Rhodamine 6G (R6G) analytes, and a relative standard deviation (RSD) smaller than 10%, demonstrating high uniformity. Besides, for pesticide detections, the device achieves an LOD of 10^-8M for thiram molecules. It indicates that the proposed SERS device has a promising opportunity in detecting toxic organic pesticides.

采用短碳链的表面活性剂溴代十二烷基三甲基溴化铵为模板剂，合成了具有较大粒径和超小孔径分布的单分散树枝状介孔二氧化硅纳米球(记为DMSNs-C12)。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射能谱(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、以及氮气吸附脱附曲线对制备的DMSNs-C12进行了形貌、晶体结构、化学组成、孔体积、比表面积等分析。结果表明：与传统的、以溴代十六烷基三甲基溴化铵为模板剂制备的单分散树枝状二氧化硅纳米球相比(DMSNs-C16)，DMSNs-C12颗粒尺寸明显增大，褶皱结构消失，孔道尺寸急剧减小。原因是随着碳链减小，表面活性剂相互斥力减弱，影响微乳液形成，最终导致结构差异。

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。