银掺杂二氧化钛半导体薄膜的SPR性能研究

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基于表面等离子体共振(Surface Plasmon Resonance,SPR)的传感技术由于具有样品无需标记、实时动态检测、高灵敏度等突出优点,近年来得到广泛的研究。在SPR技术中,普遍采用金、银或多层复合金属膜,由于金属膜层有易于氧化、对棱镜附着能力差、价格昂贵等不足,因此对于金属膜层的替代材料的研究具有重要意义。本课题提出银掺杂二氧化钛薄膜替代单一贵金属薄膜克服以上缺点并提高SPR性能。  金属薄膜的色散特性决定SPR的传感性能,常用于SPR计算的Drude模型和Drude-Lorentz模型是基于半无限金属的色散模型,不能够准确的描述金属薄膜的色散特性,因此,本文结合金属色散的Drude-Lorentz模型和描述金属薄膜导电性的F-S理论提出一种考虑薄膜厚度及表面粗糙程度的金属薄膜色散模型,并将该理论应用于SPR的计算中,讨论了金纳米薄膜的厚度及表面粗糙程度对SPR性能的影响,以上研究对SPR计算有重要指导意义。  实验上,为制备出性能良好的SPR传感膜层,对溶胶-凝胶法和水热法制备银掺杂二氧化钛粉体及薄膜工艺进行了系统研究,并且对制得薄膜进行了SPR性能测试。溶胶-凝胶法制得粉体中存在银和锐钛矿相二氧化钛的衍射峰,且银掺杂量越高二氧化钛对罗丹明B光催化效果越好,这表明了在实验方面成功通过溶胶-凝胶法制备出纳米银掺杂二氧化钛粉体。溶胶-凝胶法制得薄膜中存在锐钛矿相二氧化钛衍射峰,无明显的银衍射峰;水热法制得粉体中锐钛矿相二氧化钛的粒径比溶胶凝胶法制得粉体的粒径小很多,薄膜中存在银的衍射峰无明显二氧化钛衍射峰;以角度调制的方式,采用棱镜耦合型SPR装置对应用溶胶-凝胶法制得的薄膜进行SPR性能测试,未出现明显SPR现象,考虑由于未形成连续性薄膜引起。以上研究结果为此类研究的开展提供有价值的参考。
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