Fabrication and Study on the Optical Properties of Metallic Nanoparticles Arrays(I)

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Project title

Code/計畫編號

NSC94-2112-M019-007

Translated Name/計畫中文名

金屬奈米顆粒陣列的製作與光學性質研究(I)

Project Coordinator/計畫主持人

Hai-Pang Chiang

Funding Organization/主管機關

National Science and Technology Council

Department/Unit

Department of Optoelectronics and Materials Technology

Website

https://www.grb.gov.tw/search/planDetail?id=1109816

Year

2005

Start date/計畫起

01-08-2005

Expected Completion/計畫迄

31-07-2006

Bugetid/研究經費

1308千元

ResearchField/研究領域

物理

在近幾年表面電漿共振現象不僅被運用在商業上，更應用於很多重要的研究領域，諸如：光學、微生物學、材料科學、環境科學和很多其他領域。表面電漿共振感測器的靈敏度可藉由偵測的方法與改變奈米金屬薄膜表面的性質來提高。有理論的研究報告指出:若是奈米金屬顆粒著於奈米金屬薄膜上呈現碎形的分佈，將可以提高表面電漿共振光學感應器的靈敏度，最近也有實驗的研究報告顯示：利用奈米金屬顆粒附著於奈米金屬薄膜，藉由控制顆粒的大小與分佈，可以增強表面電漿共振光學感應器的靈敏度，但是，奈米金屬顆粒如何影響表面電漿共振的激發、侷域表面電漿共振(localized surface plasmon resonance, LSPR)與表面電漿共振如何作用，進而影響光學感應器的靈敏度等，這些問題則尚未明瞭，值得近一步的研究與探討，若能精確的製造奈米金屬顆粒的大小與分佈，則能有系統的研究上述的課題。最近有一種新穎的微影技術稱作『奈米球微影術(Nanosphere Lithography,NSL)』，可以大量製作各種不同奈米顆粒結構和二維奈米顆粒陣列。此方法不但成本低，可平行製作且大量輸出，也只需要簡單的材料即可。NSL 已被證實可以利用貴重金屬做出大小在20-1000nm 的奈米顆粒，此方法特別吸引人的一個特性就是可以做出任何所需要大小的顆粒，可以用來研究奈米粒子光學(Nanoparticle Optics)。有研究報告利用此方法來研究銀奈米粒子在LSPR 光譜方面的光學性質，對於侷域場、外在介電環境的靈敏度。此外，也有人研究了銀粒子顆粒大小、形狀、粒子間距、粒子和基板的交互作用、溶液、雙電子層和分子吸附的效應。有系統的研究奈米粒子的奈米光學基本性質，將有助於在化學或生物奈米感測器方面的應用。在過去幾年中，我們建立了一個理論模型，利用電子－聲子散射以及電子－電子散射機制，來解釋自由電子金屬的光學性質隨溫度的變化。我們也利用此模型來瞭解對於表面增益拉曼散射的現象中，基底溫度對於此現象的影響。我們也利用此模型來探討表面電漿共振光學感應器在增溫環境操作下的靈敏度限制、表面電漿共振效應對單分子光譜的影響以及溫度對於表面電漿共振光譜之入射角相關靈敏度的影響，最近我們也研究了奈米金屬薄膜及奈米金屬顆粒的非侷限域效應(nonlocal effect)，並將研究結果發表於國際期刊中。有關實驗的部份，近幾年由於得到國科會計畫的補助，在本人的實驗室已建立了溫變表面電漿共振效應反射率及相位量測系統，實驗的研究成果也已經發表在國際期刊中。基於過去幾年在表面電漿共振及奈米金屬顆粒的理論與實驗上的研究經驗與成果，我們計畫利用奈米球微影術(Nanosphere Lithography, NSL)來製作二維奈米金屬顆粒陣列，以進行侷域表面電漿共振、奈米金屬薄膜的非線性光學性質以及增進奈米生物感測器靈敏度方面的研究。本計畫的第一年將著重於奈米球微影術的製作技術，並建立UV-visible-IR extinction spectroscopy 偵測系統，利用Fullwave 模擬軟體進行有限差分時域法(Finite Difference Time Domain, FDTD) 模擬研究，以便從理論與實驗有系統的研究LSPR 光學性質，計畫的第二年將建立Z-軸掃瞄(Z-scan)非線性光學量測系統，以研究奈米金屬粒子陣列薄膜的非線性光學性質，計畫的第三年則將結合奈米金屬粒子陣列的製作技術與光相位量測系統，研究如何進一步增進表面電漿共振生物感測器的靈敏度。

Keyword(s)

表面電槳共振
衰減全反射
奈米球微影術
光學感應器
相位量測
外差干涉術
侷域表面電漿共振
Z-軸掃描
金屬奈米顆粒陣列

DSpace CRIS

Fabrication and Study on the Optical Properties of Metallic Nanoparticles Arrays(I)

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