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oe1(光电查) - 科学论文

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  • 基于纤维素光子晶体/银纳米颗粒复合材料的柔性表面增强拉曼基底

    摘要： 表面增强拉曼散射（SERS）能显著提升拉曼散射强度。SERS通常采用金、银、铜等粗糙纳米金属作为基底[1]，已广泛应用于表面科学、分析科学等领域[2-4]。根据制备方法，SERS基底可分为三类：(1)固定金属纳米颗粒的固相基底[5,6]；(2)纳米压印制备的金属纳米结构[7,8]；(3)模板法制备的金属纳米结构[9-11]。传统SERS基底（如贵金属粗糙表面）因纳米结构随机分布导致可控性差且SERS效应不稳定。通过蚀刻和电子束沉积加工的纳米规则图案微结构则受限于仪器成本高、工艺复杂、难制备大面积及后续表面修饰等问题。 纳米球阵列模板制备的SERS基底具有良好的可控性与重现性。通过组装不同尺寸纳米球制备厚度各异的模板，可获得具有不同间距的二维金属薄膜。该制备方法简单经济、调控便捷且重现性高，无需保护剂与表面活性剂，所得基底纯度较高。光子晶体（PhCs）是通过球形胶体粒子可控自组装形成的周期性结构[12-15]，其内部传播的光遵循布拉格衍射定律[16-19]，特性强烈依赖于空间结构。凭借成本效益与制备简便的优势，PhC在光学传感器[20,21]、光开关[22-26]及显示器件领域备受关注。这类规则周期结构亦可作为制备其他结构功能材料的模板[27]，我们近期工作已开展大量PhC制备与应用研究[28,29]。 基于光子晶体光学带隙的特殊捕获效应、银纳米粒子的等离子体效应以及纤维素基质对有机溶剂中分析物的富集作用，我们设计了三重特性协同增强的拉曼散射方案：以带隙匹配入射光的PhC阵列为模板，填充易降解的纤维素基质并修饰银纳米粒子。据此首创了银纳米粒子修饰柔性纤维素光子晶体膜SERS基底，分别以PhCs为模板合成了银纳米粒子修饰甲基纤维素膜（Ag-PHC-MCF）和羧甲基纤维素膜（Ag-PHC-CMCF）两类柔性基底。 这种金属纳米粒子与有序PhCs纤维素膜（PHCCF）的创新组合有效避免了金属纳米粒子团聚，使热点均匀分布于孔隙周围，确保目标分析物在大面积上的均匀吸附与拉曼信号一致性。通过多孔纤维素膜对有机溶剂中目标物的优异富集作用，目标物被捕获于纤维素膜表面，随着与金属纳米粒子热点的接触概率增加而增强检测信号。同时，光子晶体的捕获效应显著增强了PHCCF的散射光强。基于多孔甲基纤维素富集、银等离子体共振与光子晶体带隙的协同作用，该复合膜实现了拉曼信号的显著增强。此外，其优异的降解性在环保方面优势突出，柔性轻质的特性更便于携带保存，在运输存储环节具有显著优越性，对工业污染物检测或国防安全监测具有重要应用价值。

    关键词： 表面增强拉曼散射、纤维素薄膜、光子晶体、等离子体响应

    更新于2025-11-14 15:27:09

  • 一维金属超导体光子晶体作为智能窗

    摘要： 一种用于智能窗的新型电磁波控制结构已成功设计完成。该光子晶体（PC）智能窗由两种不同材料（A为金属、B为超导体）的单元胞构成，通过N周期重复排列。基于特征矩阵法进行数值研究后发现：入射角对透射率具有显著影响——当入射角为10°时，可见光及近红外光透过率超过80%；而当入射角增至60°时，波长大于800nm处开始出现光子带隙（PBG），但可见光透过率仍保持80%以上。研究还分析了透射率与设计周期性和厚度的关系。该结构有望应用于低温环境及航天领域的智能窗。

    关键词： 光子晶体，智能窗户，金属-超导体

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 利用光子晶体分子印迹聚合物快速检测鱼体中的磺胺胍

    摘要： 通过分子印迹技术制备了一种以分散二氧化硅微球为光子晶体（PC）、磺胺胍（SG）为模板分子、甲基丙烯酸为单体、乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂的PC传感器。优化后的制备条件为：模板分子、单体与交联剂摩尔比1:10:4；磷酸盐缓冲液pH值6.0；甲醇体积分数15%。反射峰波长偏移量与SG浓度呈线性关系：△λ=7.8887 lg(C)+79.9664。响应时间仅5分钟，检测限达2.8×10?1? mol/L。该传感器对SG的选择性显著高于其磺酰胺类类似物，经五次循环使用后仍保持原始传感性能。在湖水中SG回收率为93.8%-111.2%，鱼样中为88.5%-115.2%，表明该传感器适用于复杂基质的食品样品检测。

    关键词： 磺胺胍、传感器、光子晶体、分子印迹

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 可见光波段光子晶体单层板中双周期矩形孔阵列的连续态束缚态

    摘要： 我们研究了一种光子晶体（PhC）薄板中支持的光学束缚态连续体（BICs），该薄板嵌入了两组平行且垂直方向相互嵌套的周期性矩形孔阵列。研究表明，两种结构类型中均可发现可调谐的非Γ点BICs，但Γ点BICs仅能在平行结构中获得。两类结构的品质因数（Q因子）均极高，超过10^5?？傻餍车姆铅５鉈ICs可通过结构参数进行调控。特别值得注意的是，对于两类结构，共振波长对周围介质折射率变化的敏感度都非常高，且通过改变环境折射率可调节非Γ点BICs。上述结果与有限时域差分法（FDTD）和时域耦合模理论（CMT）高度吻合，有助于基于光学BICs设计各类新型光学应用中的实用谐振元件。

    关键词： 双周期矩形孔阵列、光子晶体、法诺共振、连续体中的束缚态

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 基于多层膜的角依赖光子晶体的制备与光学特性

    摘要： 采用磁控溅射与电子束光刻法制备了具有二维结构及光学变色特性的CreSiO?光子晶体。通过有限时域差分法（FDTD）研究其光调制特性，利用色相差（⊿H）评估光子晶体的光学变化，⊿H值越大表明颜色变化的视角依赖性越强。分析了孔几何参数（半径r）、孔间距（两圆心距离d）和孔深度（h）对⊿H的影响，实验结果与模拟数据相符。将碳量子点与上转换纳米晶NaYF?掺杂至光子晶体中，测试显示该掺杂晶体在紫外与红外区呈现荧光光学变化特性。

    关键词： 时域有限差分法，多层薄膜，光子晶体，光学可变性

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 双厚度绝缘体上硅（SOI）衬底上的超高Q值光子纳米腔器件，可在1.31微米和1.55微米两个通信波长波段工作

    摘要： 一种将工作波长相隔数百纳米的多个硅(Si)光子器件集成于单芯片的可行方法，将极大提升小型光通信?？榈娜萘?。本研究展示了两个超高品质因数(Q)光子晶体纳米腔器件的集成，其工作波段分别为1.31微米和1.55微米。该器件基于双厚度绝缘体上硅(SOI)衬底构建，通过电子束光刻在厚薄衬底区域分别定义两种纳米腔图案，并仅进行一次等离子体刻蚀即将图案转移至顶层硅。所制备的1.31微米纳米腔所有尺寸较1.55微米纳米腔缩小约15.5%(1-1.31/1.55)，二者可采用相同光子能带图处理。两个纳米腔均呈现Q值超过2.0×10^6的超高性能，能实现阈值低于亚毫瓦的1.31/1.55微米波段纳米腔基拉曼激光器制备。

    关键词： 纳米制造、微腔、拉曼硅激光器、光子晶体

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 具有可调多光谱光子带隙的堆叠纳米多孔阳极氧化铝渐变折射率滤光片作为传感平台

    摘要： 本研究展示了用于传感应用的可调谐多光谱光子禁带堆叠纳米多孔阳极氧化铝渐变折射率（NAA - GIFs）滤光片的开发与光学工程。这些光子晶体（PC）的结构由采用正弦调制有效介质法制备的NAA层堆叠而成。在阳极氧化过程中对正弦周期进行渐进式调制，能够产生并精确调控这些PC结构的特征光子禁带（PSB）（即阳极氧化轮廓中每个正弦周期对应一个光子禁带）。研究开发了四种NAA - GIFs，其可见光谱区域内分布着三个独特的光子禁带。通过测量用不同浓度（0.025 - 1 M）的D - 葡萄糖分析溶液渗透其纳米多孔结构后特征光子禁带的光谱偏移，系统评估了这些NAA - GIFs有效介质的灵敏度。本研究为这些PC的纳米多孔结构与其光学特性之间的内在关系提供了新见解，为在单一传感平台上实现分析物的高通量、多重检测先进光学传感系统的制备创造了机会。

    关键词： 纳米多孔阳极氧化铝、传感平台、堆叠结构、多光谱波段、光子晶体、渐变折射率滤光片

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 结构色纳米多孔阳极氧化铝光子晶体中光子的理性管理以实现增强的光催化作用

    摘要： 一项关于二氧化钛功能化纳米多孔阳极氧化铝分布式布拉格反射镜（TiO2-NAA-DBRs）工程化研究全面展开，该材料通过"慢光子"效应增强光催化性能。通过监测多种具有不同吸收光谱带的有机分子光降解过程，评估了这些复合光子晶体（PCs）的光催化表现。研究表明：当光子晶体禁带边缘（PSB）与有机分子吸收谱带重合时，"慢光子"效应可显著提升TiO2-NAA-DBRs的光催化效率；尤其当PSB红边紧邻有机分子吸收谱带时，催化效果最为突出。若光子晶体禁带与分子吸收谱带部分或完全错位，则整体光催化降解效率还取决于PC结构的总孔道长度、有机分子电荷量、可见-近红外辐射占比以及基质复杂度（包括干扰离子和分子）。最后实验证实了该材料在环境基质中降解农药等污染物的实际应用价值。本研究为开发高效、安全且可重复使用的理性设计光催化剂体系提供了新思路。

    关键词： 阻带、脉冲阳极氧化、光催化、慢光子、光子晶体

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 通过瓶刷状嵌段共聚物受限自组装实现的分层光子颜料

    摘要： 层次化结构色材料能呈现标准颜料或染料无法实现的丰富视觉效果，但其制备需同步控制多个尺度。本研究提出一种稳健策略：通过瓶刷状嵌段共聚物在乳化微滴中的限域自组装，制备层次化光子颜料。该共聚物自组装形成高度有序的同心层状结构，在固态下产生近乎完美的多层光子晶体，反射率可达100%。通过改变分子量或混合不同瓶刷共聚物，反射色可轻松覆盖整个可见光谱。此外，这种光子颜料具有响应性——在不同溶剂中溶胀时会产生选择性可逆变色。由于具备快速自组装机制和尺寸无关的显色特性，本体系特别适合光子颜料的大规模生产。

    关键词： 光子晶体、受限自组装、微球、结构色、瓶刷状嵌段共聚物

    更新于2025-09-23 15:23:52

  • 石墨烯吸收率的宽带光捕获增强

    摘要： 石墨烯的低光学吸收率限制了基于石墨烯的光电器件的量子效率。我们展示了一种在简单立方木堆光子晶体内部插入石墨烯的结构，该结构实现了吸收率的宽带增强。由于该结构中存在光谱范围宽且密集的共振模式（尤其是那些几乎平行于光子晶体与背景材料界面传播的模式），从而产生了显著的光捕获效应。我们证明其整体吸收率比独立裸露的单层石墨烯高出约10至17倍（带宽与中心频率比为0.3时），以及高出约5至11倍（带宽与中心频率比为1.33时）。三层单层石墨烯的分散式插入结构在带宽与中心频率比为0.3时实现了约70%的整体吸收率。

    关键词： 吸收率、宽带增强、石墨烯、光捕获、光子晶体

    更新于2025-09-23 15:23:52