西安工业大学材料与化工学院, 陕西 西安 710021
表面增强拉曼散射(SERS)技术具有高灵敏度、 高分辨率、 无损检测及不需要预处理等优点, 已成为一种可以实现定性定量分子检测的有力工具, 使目标分析物信号放大的痕量检测技术, 甚至能够在分子水平上提供丰富的结构信息。 虽然SERS增强机理一直存在争议, 但目前被广泛接受的增强机理包括物理增强(电磁场增强)和化学增强(主要为电荷转移的贡献)。 随着近年来金属、 非金属等诸多材料应用于SERS领域, 诸多学者对于影响SERS基底的增强因素产生广泛兴趣, 对于SERS增强机理的研究具有重要意义。 综述中主要从SERS电磁增强机理、 化学增强机理及两者的协同机理三个方面对SERS增强机理进行阐述, 分析哪些因素影响基底增强效应, 为SERS增强机理的分析提供一些参考。 同时提出不同基底结构在增强机理分析过程中面临的问题: (1)在电磁增强机理中, 单一贵金属基底因其“热点”分布不均匀、 不可控因素导致SERS灵敏度和重复性差等因素, 对SERS电磁增强机理影响效果较大; (2)在化学增强机理中, 单一半导体材料由于价格实惠、 材料性能较稳定、 表面易于改性等优点被广泛应用于SERS基底、 由于增强能力较低等因素、 对SERS化学增强效果不明显; (3)SERS基底不再局限于单一的金属或者非金属材料, 更多是金属-非金属两者的结合, 既能够弥补贵金属的缺点, 也能利用非金属的优点, 通过电磁增强机理和化学增强机理的协同作用有效提高SERS增强能力。 对于SERS增强机理的分析, 有助于制备均一性强、 重复性高的SERS基底, 为SERS基底的制备提供参考。
表面增强拉曼散射 电磁场增强机理 化学增强机理 SERS基底 Surface Enhanced Raman Scattering (SERS) Electromagnetic enhancement mechanism Chemical enhancement mechanism SERS substrate 光谱学与光谱分析
2023, 43(5): 1340
强激光与粒子束
2023, 35(10): 105001
由于光纤长度可控以及其独特的光学性能使得光纤SERS基底的检测灵活简单, 在本研究中, 采用油水分离的实验方法在光纤端面上修饰了银纳米颗粒, 证明了该方法可以制备光纤SERS基底并有效增强拉曼信号。我们将结晶紫溶液作为分析物对制备的SERS光纤基底进行了表征, 并对光纤SERS基底的均匀性、灵敏度和稳定性三个方面进行了研究。在实际应用中, 使用光纤基底对罗丹明6G和农药中间体合成中广泛使用的4-氨基苯硫酚进行了检测。这些实验结果证明了自组装法为光纤SERS基底的制备提供了可行思路。
表面增强拉曼散射 光纤 电磁场增强 结晶紫 Surface enhanced Raman Scattering optical fiber electromagnetic enhancement Crystal Violet
强激光与粒子束
2023, 35(3): 034005
1 重庆理工大学机械检测技术与装备教育部工程研究中心,重庆 400054
2 时栅传感及先进检测技术重庆市重点实验室,重庆 400054
介绍了时栅位移传感器在3个方面的技术现状和3个方面的发展趋势,4项性能特色和4个技术应用领域的最新发展,归纳了三代时栅演变过程;介绍了目前的3种4类场式时栅,以及其与传统位移传感器的联系与区别,分析了下一代时栅可能采用的工作机理。最后,对时空转换思想的三点延伸进行了讨论。
时栅 位移传感器 精密 机械学 电磁场 激光与光电子学进展
2023, 60(3): 0312008
1 唐山师范学院物理科学与技术学院, 河北 唐山 063000
2 深圳大学微纳光电子学研究院/纳米光子学研究中心, 深圳市微尺度光信息技术重点实验室, 广东 深圳 518060
表面等离激元自诞生以来已有一百多年的历史, 并逐渐形成了一门新的学科--表面等离激元光子学。 位于金属纳米结构中的局域表面等离激元可产生非常显著的近表面电场增强, 并成功应用于诸多研究领域当中, 而对局域表面等离激元与外界入射光中磁场的相互作用的研究则相对较少。 该研究在前期已有的研究基础之上模拟计算了金属纳米球-纳米圆盘结构间隙处的近表面电、 磁场增强, 研究结果表明该结构在单束紧聚焦径向偏振光束的激发下, 金属纳米圆盘产生局域表面等离激元呼吸模式和上下表面处的电偶极矩模式, 该模式使圆盘中心纵向表面电场得到增强。 由于金属纳米圆盘与金属纳米球的局域表面等离激元电偶极矩的耦合共振相互作用, 可以形成纵向电场得到有效增强的局域表面等离激元共振间隙模式。 通过数值模拟计算研究, 证明该金属纳米结构间隙模式的纵向电场分量相对于径向偏振入射光的有效激发横向电场分量即近表面电场的增强因子高达250倍; 而近表面磁场的增强因子高达170倍。 为了更清晰地展现出这种新型金属纳米结构的光谱特性以及近表面电、 磁场分布特征, 还展示出了该金属纳米结构的近表面电场增强分布、 近表面磁场振幅分布以及近表面电、 磁场共振波长的对比分析, 计算结果表明所提出的金属纳米球-纳米圆盘结构具有明显的局域近表面电、 磁场增强优势以及较宽的频谱波段。 由于本文提出的金属纳米结构具有电、 磁场增强优势, 希望计算结果能应用到更多的研究领域当中, 尤其是生物医学等领域, 为人们抗击疫情提供一点点参考和帮助。
微纳光学 金属纳米球-纳米圆盘 表面等离激元共振 电磁场增强 Micro-nano optics Metal nanosphere-nanodisc Surface plasmon resonance Electromagnetic field enhancement 光谱学与光谱分析
2022, 42(4): 1098
强激光与粒子束
2022, 34(4): 049001
强激光与粒子束
2021, 33(7): 073010
1 湖南大学激光研究所, 湖南 长沙 410082
2 湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室, 湖南 长沙 410082
3 湖北文理学院机械工程学院, 湖北 襄阳 441100
针对激光单道焊接厚板过程中因根部熔池滴落造成焊缝难以成型的问题,提出稳定磁场和电流产生的向上安培力对根部熔池进行辅助支撑焊接厚板的方法。实验结果表明单独电流或磁场的存在对厚板焊接熔池滴落行为影响很小,但引入安培力后根部熔池滴落得到抑制,改善了熔池流动性,焊接过程更加稳定,焊缝成型质量良好,呈现Y字型。相同的激光功率等工艺参数条件下,改变安培力大小和方向可以有效控制焊缝的深度,扩展了焊缝质量控制工艺参数。该方法极大地提高了厚板的焊接效率和焊接质量,为解决激光单道焊接厚板“要么不透,一透就漏”的难题提供了新的工艺方法,单道焊接厚度达到30 mm。
激光加工 激光焊接 电磁场 厚板 熔池滴落 中国激光
2021, 48(10): 1002102