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金属纳米材料在各个学科领域都发挥着重要作用。将金属纳米材料应用于光学显微技术,在纳米尺度上对单个颗粒与周围环境的相互作用进行实时原位考察是近年来纳米技术的发展趋势。作为纳米科学领域中最常用的材料之一,金纳米粒子由于其制备简单、稳定性好、散射性能强等优点成为科研人员的研究热点,并广泛应用于材料学、光学、传感学、生物医学等领域。本文以两种金纳米粒子(球形金纳米粒子和金纳米棒)为研究对象,围绕其局域表面等离子共振特性在光学显微成像方面展开了研究工作,具体内容如下: (1)研究了在入射激光照射作用下,单个球形金纳米颗粒的原位等离子体共振的调谐。使用激发波长为532纳米的激光器照射被选定的颗粒,通过暗场显微成像系统观察其光学性质和形状特征。随着入射激光的照射,尺寸为60纳米的球形金纳米粒子从各向同性的球形逐渐转变成各向异性的椭圆形。研究发现在一定范围内球形金纳米粒子的等离子共振散射光谱会发生移动,并可通过调节激光照射时间和强度来调谐;入射激光照射后颗粒的偏振情况与入射激光的偏振状态密切相关;此外,对比激光照射前后粒子的荧光强度,发现颗粒有明显的荧光增强现象。这些发现为人们更好的理解局域表面等离子体共振效应以及进一步开发出具有定向振荡的等离子激元系统提供了一定的参考。 (2)建立了暗场显微成像光谱系统,对不同间隙距离以及不同取向的金纳米粒子对进行成像分析,提取粒子对的质心位置信息和对应的光谱信息,并与扫描电镜测量的结果进行分析对比。研究发现当粒子对间的间隙距离小于20纳米时,纳米粒子对的散射光谱被等离子体耦合效应严重限制,由该光学方法测量得到的结果与扫描电镜测量结果不一致。当间隙距离增加(如20,40和60纳米)时,光学测量结果和电镜测量结果之间获得良好的相关性。在这种条件下,相应的单个纳米颗粒的散射峰可以与所测量的纳米粒子对的散射光谱区分开。这些结果将为单个等离子体纳米粒子的成像应用与光学显微方法的研究(如超分辨成像,在复杂环境下的高精度单粒子跟踪等)提供有价值的信息。 (3)建立了一种基于全内反射散射显微成像技术来确定固/液界面处单个金纳米棒的三维角度信息的方法。通过调节偏振器,使得入射激光呈现一定的偏振态,当入射光的偏振矢量处于含有入射光与反射光的平面内时(P偏振态),对其进行全内反射散射成像,得到的图片与入射光的偏振状态密切相关。研究发现利用该方法能够提取出单个金纳米棒的方向、角度和强度信息。与已报道的研究方法相比,这项成像方法不需要复杂的焦平面校正,为追踪界面处粒子的旋转动力学信息提供了一个通用的、高通量的途径。因此,这个方法对各向异性纳米材料及流体膜的成像研究具有很大的应用潜力。