銀奈米微粒的拉曼強化效應｜國立中央大學博碩士論文系統

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研究生：	陳立偉 Le-Wei Chen
論文名稱：	銀奈米微粒的拉曼強化效應 The Surface Enhanced Raman Scattering Of Silver Nanoparticle
指導教授：	李文献 Wen-Hsien Li
口試委員:
學位類別：	碩士 Master
系所名稱：	理學院 - 物理學系 Department of Physics
畢業學年度：	93
語文別：	中文
論文頁數：	71
中文關鍵詞：	強化拉曼散射
外文關鍵詞：	Surface Enhanced Raman Scattering
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論文摘要
利用真空蒸鍍法製作銀奈米微粒，製作出的銀奈米微粒平均粒徑大小為25nm，改變蒸鍍時間可以獲得厚度不同的銀微粒薄膜，用以探討其光學性質及對紫晶分子表面強化拉曼散射(SERS)效應。
銀奈米微粒的吸收光譜顯示採用紫外激發光為激發局部性表面電漿最好的波段，該結論與Mie theory計算相互符合。
銀微粒薄膜的光透射與光反射實驗顯示電磁波在微粒薄膜介質中傳遞其強度隨穿透深度成指數衰減，該現象與在島膜介質中的傳遞相似，在微粒薄膜厚度為4μm時透射光與反射光強度已完全消逝。表面強化拉曼散射(SERS)顯示銀奈米微粒可強化分子震盪訊號，Ag2WO4與紫晶分子的SERS訊號強度在薄膜厚度4μm有一強度轉折點，微粒薄膜厚度小於4μm，SERS強度與微粒數目的增多成正比；厚度超過4μm，SERS訊號開始減弱。銀微粒薄膜退火至島膜型態時，SERS訊號已減弱百分之九十以上，本實驗設定的強化機制主要稱為為激發銀奈米微粒的局部型表面電漿。
低溫強化拉曼散射訊號強度有增強趨勢，在77K時SERS強度比室溫增加百分之三十，其機制應以較多的相關實驗進一步探討。

Abstract
Sliver nanoparticles have been broadly used as SERS excitation media. In this studies, Ag nanoparticle filmspace(AGNF) were prepared by the standard thermal evaporation method, and the mean particle diameter was determined by X-ray diffraction and AFM, to be at 25nm. The optical properties and the SERS behavior of the resultant AGNF were investigated.
The absorption spectra show that the most efficient band for exciting SPR in Ag nanoparticle lies in the UV regime, which agrees with the predicted result according to Mie theory.
The penetrated intensity was found to be exponentially decreasing with the increasing of film thickness. The strongest integrated SERS intensity occurred at a film thickness of 4μm. Annealing of the AGNF results in a dramatic decrease in the SERS intensity, while a 30% increase in the SERS intensity was found when the temperature was cooling to 77K.

目  錄
論文摘要…………………………………………………………..Ⅰ
Abstract…………………………………………………………………Ⅱ
目錄……………………………………………………………………..Ⅲ
圖目與表目……………………………………………………………..Ⅴ
第一章	 簡介.............................................................................................1
1-1 表面強化拉曼散射......................................................................1
1-2 奈米微粒的特性與應用........................................................3
1-3 研究主題及方法...............................................................5
第二章	 樣品製作及試驗介紹.................................................................6
2-1 樣品備製……………………………………….......……...…6
2-2 結構分析...........................................................................8
2-3 透射與反射光譜..........................................................................9
2-4 拉曼光譜.....................................................................................11
2-5 表面強化拉曼散射(SERS)量測................................................13
2-6 銀微粒薄膜退火對表面強化拉曼散射(SERS)影響.................14
2-7 低溫對表面強化拉曼散射(SERS)影響.....................................14
第三章	 理論............................................................................................16
3-1 拉曼散射理論.............................................................................16
3-2 表面電漿激發.............................................................................21
3-2-1 Extended Surface Plasmons.……. .…….…….……21
3-2-2 Localized Particle Plasmons………….…………..22
3-3 表面強化拉曼散射之古典電磁理論…................................25
第四章	 結果分析與討論........................................................................29
4-1 銀微粒與銀微粒薄膜表面型態結果與分析………………….29
4-1-1銀微粒粒徑判斷……………….......................................29
4-1-2銀微粒薄膜與微粒薄膜表面型態...................................30
4-2 反射與透射光光譜結果與分析.................................................35
4-2-1 銀微粒對可見光的吸收與表面電漿共振.....................35
4-2-2 銀微粒薄膜厚度對可見光的吸收.................................37
4-3 銀微粒薄膜的強化拉曼散射結果與分析.................................40
4-3-1 銀微粒薄膜拉曼光譜.....................................................40
4-3-2表面強化拉曼散射..........................................................41
4-4 退火對表面型態的改變，激發表面電漿的改變對強化拉曼散射的影響....................................................................................51
4-5 溫度對強化拉曼散射的影響……………….............................54
第五章	   結論…………………………………………………………57
參考文獻………………………………………………………………..58
圖目與表目
圖2-1	蒸鍍系統示意圖.…. ………………………...….….…. .…..7
圖2-2	透射實驗裝置…….….…………...…………. ….......….......9
圖2-3	反射實驗裝置……………………………………………...10
圖2-4	微拉曼光譜儀.……….…………………………………….12
圖2-5	表面強化拉曼散射裝置……………………………….......13
圖2-6	低溫拉曼實驗裝置圖…………..….………………………15
圖3-1	光子與表面電漿色散關係…...…….…..………...….….....22
圖3-2	金屬球受光照射示意圖…………………………….……..23
圖3-3	金屬球受光照射散射產生輻射電場示意圖…….………..26
圖4-1	(a)蒸鍍2分30秒樣品(b)蒸鍍4分鐘樣品，左為俯視圖，右為側面觀測圖………………………………….…….….30
圖4-2
(a) 樣品微粒薄膜厚度為330nm的SEM圖。(b) 樣品微粒薄膜厚度為520nm的SEM圖(c)曲線擬和估算質量厚度.31
圖4-3	(a)（b）質量厚度330nm的薄膜表面SEM圖(c) (d) 質量厚度520nm的薄膜表面SEM圖(e) (f) 質量厚度2000nmn的薄膜表面SEM圖……….….……………………………33
圖4-4	光學顯微鏡下，厚度400nm微粒凝聚狀態………..…….34
圖4-5	微粒薄膜表面AFM圖…………………...…………………34
圖4-6	銀微粒吸收光譜…………………..……………………….36
圖4-7	514.5nm波段反射光譜與膜厚關係……….……….…….37
圖4-8	514.5nm波段透射式光譜與膜厚關係…………...…...…..38
圖4-9	銀微粒上Ag2Wo4強化拉曼光譜圖…………………………41
圖4-10	紫晶分子結構…..……………………………………….....42
圖4-11	紫晶吸附在微粒薄膜上強化拉曼訊號ＴE與ＴＭ Mode 比較………………………………………………..…………43
圖4-12	採用514.5（紅）nm與532（黑）nm為入射光源所激發出的SERS譜圖……………………………………………….44
圖4-13	電磁波在微粒內部傳遞示意圖……………..……….……46
圖4-14	Ag2WO4 SERS強度與膜厚關係…………………………....47
圖4-15	紫晶分子吸附在銀微粒薄膜SERS強度與薄膜關係…......47
圖4-16	Micro拉曼量測銀微粒的拉曼光譜圖.…………………...49
圖4-17	Ag2WO4強化拉曼訊號與膜厚關係.……………………..…..49
圖4-18	Micro量測示意圖…….……………. ….………….……...50
圖4-19	Ag2WO4拉曼訊號位置與膜厚關係………………………….50
圖4-20	退火溫度對Ag2WO4 在1178cm-1SERS強度變化…….…….52
圖4-21	光學顯微鏡下銀薄膜表面型態，每一方格為7.5μm × 7.5μm(左為反射量測，右為透射量測).…...………….....53
圖4-22	銀薄膜吸收光譜…………………………………………53
圖4-23	紫晶低溫拉曼與溫度變化關係 －:300K －：200K
－：100K54………………………………………………55
圖4-24	紫晶C-C鏈振動拉曼訊號1178cm-1，隨溫度降低，強度升
高   ?:降溫    ●:升溫……………………………...56

                                

參考文獻
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