【摘 要】
:
拉曼光谱可以提供分子独一无二的“指纹信息”,是物质检测的一种极其重要的手段。但由于拉曼散射信号微弱,使得这项技术难以进行广泛的应用。表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)现象的发现是拉曼检测技术发展的里程碑,SERS技术可以极大增强拉曼散射信号,使得拉曼技术进入了痕量检测的时代。但SERS基底的应用条件较高,无法完成一些特殊的应用场景的要求
论文部分内容阅读
拉曼光谱可以提供分子独一无二的“指纹信息”,是物质检测的一种极其重要的手段。但由于拉曼散射信号微弱,使得这项技术难以进行广泛的应用。表面增强拉曼散射(Surface-enhanced Raman scattering,SERS)现象的发现是拉曼检测技术发展的里程碑,SERS技术可以极大增强拉曼散射信号,使得拉曼技术进入了痕量检测的时代。但SERS基底的应用条件较高,无法完成一些特殊的应用场景的要求,例如远距离在线检测等。光纤作为一种廉价的光信号传输载体,可以为远端提供一个光场聚集的平台,这在符合SERS基底的应用条件的同时,又能够为SERS技术引入光纤的一些优势,例如远距在线传输,光信号高收集效率,狭窄空间的遥感监测等等,极大拓展了SERS技术的应用场景,使得SERS技术走向了更广泛的应用。本文提出了一种低成本、易制备、高灵敏度、不易损耗的腔增强光纤SERS探针。在之前研究的基础上进一步优化了探针的制备,以及为探针的实用化进行了探索。主要工作如下:(1)理论分析了光纤相比于自由空间上对信号的收集效率,进而建立了锥形光纤耦合金属纳米粒子的模型,并与自由空间中收集效率进行了对比分析。在此基础上,采用静电吸附法制备了锥形光纤SERS探针,理论上分析了锥形光纤的腐蚀原理以及角度成型的原理,最后使用罗丹明6G(Rhodamine 6G,R6G)对探针的拉曼检测能力进行了表征,可检测最低浓度为10-10mol/L。(2)利用多物理场仿真软件COMSOL Multiphysics对光诱导粒子沉积在光纤端面的机理进行仿真并分析,通过扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)对不同的样品表面粒子分布进行了表征,对影响粒子分布的参数进行分析优化,使用R6G探针分子对最优化后的锥形光纤SERS探针的拉曼检测能力进行了表征,可检测最低浓度为10-11mol/L。(3)研究了反射腔对锥形光纤SERS探针的影响。从理论上分析了影响光纤收集拉曼信号的参数,制备银材料的反射腔利用COMSOL对影响反射腔效果的参数进行了仿真分析,将仿真预测的反射腔效果与CV(Crystal violet,CV)以及R6G探针分子表征的探针拉曼检测效果进行了对比分析,对探针的信号增强可达到4倍。最后通过3D打印制备了效果最好的反射腔,通过与光纤跳线的结合,使用R6G探针分子对3D打印的腔增强锥形光纤SERS探针的拉曼检测能力进行了表征,收集到的信号强度增大了5倍,对实用化的腔增强光纤SERS探针进行了探索。最后结果表明,实用化的腔增强光纤SERS探针虽然与实验中的探针相比检测极限有所降低,但其低成本,不易损耗的特点,使得其应用成为可能。
其他文献
随着乡村振兴战略的实施和智慧农业的快速发展,乡村地区的能源需求与日俱增,而乡村地区传统的能源供应主要来自于乡村电网和化石能源,乡村电网相对薄弱,化石能源对环境污染大、利用效率低。综合能源系统(Integrated Energy System,IES)将多种能源进行联合规划、协同运行,能够提高供电的可靠性和能源的利用效率并减少排放。然而,现有关于IES运行和规划的研究主要针对城市地区,乡村地区与城市
随着经济的高质量发展以及我国碳达标碳中和目标的提出,我国各行业面临着巨大的碳减排压力。新能源汽车在使用过程中能够实现温室气体零排放,对于降低我国碳排放起着重要的作用。国家电网对各省份下达一定的充电量指标以及各省市电网公司为各供电单位下达充电量指标作为绩效考核标准,对于促进新能源汽车的使用和充电基础设施的建设有着重要的意义。本文在国家电网为重庆市电网公司下达的充电量指标约束下,基于公平和效率原则对各
当前,发展电化学储能器件技术是保障能源高效利用的有效策略。庞大的市场需求和多样化的市场应用,驱动着电化学储能器件向低成本、高能量密度以及高安全性发展,是当前的研究热点。电化学储能技术基于电极/电解液界面上的电化学反应实现化学能与电能的转换。电极容量取决于电化学反应转移的电荷量,并与电解液的稳定电压窗口共同决定器件的能量密度。目前碳电极是商用锂离子电化学储能器件最常用的电极,成本低但其理论比容量也低
人类对化石能源的过度消耗不仅导致了能源危机,也带来了由于CO2过量排放导致的温室效应等环境问题。另一方面,由于可再生能源存在间歇性且难以储存等问题,“弃风、弃光、弃水”现象严重,造成了大量的能源浪费。因此,利用过剩的可再生能源产生的电能还原CO2制备可再生合成燃料为解决上述问题提供了新的思路。目前电化学还原CO2技术(CO2 electroreduction reaction,CO2RR)通常采用
开展填埋场快速稳定化修复有助于杜绝简易填埋场及膜破裂卫生填埋场对环境的污染,实现场地复垦,释放土地资源。好氧稳定化由于具有快速、高效、经济等特点,成为了填埋场快速稳定化修复的主要方法之一。尽管国内外已经有不少填埋场好氧稳定化的工程案例,但鲜有人探究好氧稳定化中有机全组分的降解规律,并建立降解模型以供修复耗时预测。基于此,本研究以实验室规模的好氧稳定化反应器为研究对象,以不同降解程度的垃圾为底物,在
我国城镇化已进入高质量发展阶段,人们对公共空间的要求发生了从量到质、从片段到网络的转变。步行作为天赋人权有着绿色可持续的优势,良好的步行网络是多元城市生活的基础。面对快速发展阶段遗留的交通拥堵、环境污染等问题时,城市建设和管理者也越来越多地关注步行。纽约高线公园作为通过废弃基础设施步行化改造带动片区成功转型再发展的典例,有着不可替代的学术研究价值,但目前国内相关实践更多关注其外在形式,而忽视了它在
随着电子科学技术的快速发展,电子设备越来越多,其产生的电磁污染已经是一个不可避免的问题。电磁屏蔽是一种有效的保护措施,其重要性日益凸显,发展出高性能的屏蔽材料已成为重要的研究热点。镁合金作为一种电磁屏蔽材料,与传统金属材料相比,具有密度低、质量轻、比强度高的优势,在电磁屏蔽方面具有很高的应用潜力。然而普通商用镁合金的电磁屏蔽性能较低,需要进一步提升。同时,传统的镁合金耐热性能差,导致其制成的电磁屏
作为港口、车间、建筑工地等场所的重要运输设备,吊车的主要功能是实现货物的点到点位置运动,并快速抵消货物的往复摆动。伴随信息技术的发展,吊车系统的操控方式在逐渐改变,由于人工操作存在工作效率低、易发事故等问题,自动控制方法成为改善系统响应性能的主要手段。近年来,国内外相关研究人员已发表一系列欠驱动吊车自动控制的成果,但就双摆效应桥式吊车而言,己有的控制方法存在以下问题值得进一步研究:(1)大部分针对
法律是功能性的,法律最为核心的功能就在于提供一种对未来稳定的规范性预期,然而“法律必须稳定,却不能静止不变”。一个基本的事实是,人类社会不可避免地要迈向未来。借助于科技的进步,在实现“从动物到上帝”的转变后,我们正在经历“从智人到智神”的演进。面向未来,科技、社会、经济等的不断发展和变革,必然会影响、改变既有的社会关系,甚至出现新的社会关系。而只要未来社会依然具有法律存在的基础,那么未来社会关系的
与边发射半导体激光器相比,垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers,VCSELs)具有可在晶测试、单纵模激射、圆对称光束轮廓、低阈值、高速调制以及二维阵列集成等优势,已应用于光通信、微波光子学以及精密测量等领域。但微米量级的腔长导致VCSELs的线宽通常大于MHz。而各向同性的增益介质和圆对称的谐振腔结构导致VCSELs的偏振随偏置电流或工