[发明专利]多枝树形等离激元波导复合纳米结构合成及光学操控方法

说明书

本发明包括一种多枝树形等离激元波导复合纳米结构的合成及其光学操控方法，该合成方法包括多个步骤，每个步骤均可精确控制。树形纳米结构的主干和在其上生长的枝状纳米结构的粗细均可精确控制，在树形纳米结构表面叠加有壳或无壳的量子点形成量子点复合树形纳米结构，无壳量子点可用于化学催化、环境监测、生物传感等应用。光从纳米线一端入射，经纳米线及枝状结构，激励有壳量子点发光，可用于遥感拉曼、新型激光器等应用。通过光学操控可改变入射光的强度和偏振态，控制特定区域的量子点发光，可消除散射中心之间干涉衍射效应产生的串扰效应，从而可用于亚波长的高分辨率探测。

技术领域

本发明涉及纳米材料领域和化学生物领域，特别涉及一种多枝树形等离激元波导复合纳米结构的合成及光学操控方法。

背景技术

等离激元波导是亚波长尺度的波导，可以将光子局限在波导表面附近传输，从而可突破衍射极限，在亚波长乃至纳米尺度上对光子进行操纵，因而在生物化学检测、数据存储、芯片互联、太阳能电池等诸多方面有着广阔的应用前景，得到了广泛研究关注。银纳米线是一种等离激元波导，因其可通过化学方法大批量合成、无毒无害等特点引起广泛研究。但由于在相同频率下，表面等离激元的波矢量比光波矢量要大，这使得银纳米线无法在空气或真空中被平面波直接激发，只能采用一端激励一端散射的模式。由于银纳米线表面光滑，光从纳米线的激励端向另一端传播的过程中，绝大部分光在银纳米线侧面呈指数衰减，无法有效散射到线外空间，不能得到充分利用，这极大地限制了银纳米线的应用范围，新的可传输和显著散射等离激元信号的复杂纳米结构具有迫切需求。

远端遥感激励是增强探测效果的一个有效手段，在环境监测、生物检测、化学生物传感等领域具有重要应用前景。为了增强散射效果，有人尝试将量子点绑定在银纳米线上，但现有的量子点复合纳米结构的量子点是随机撒在纳米线表面的，这使得量子点只分布在纳米线的侧面，光只能通过量子点散射传播到距离纳米线较近的局部空间内，大大限制了光的传输路径和传输范围，使其难以实现纳米结构在远端遥感激励方面的实际应用。因此需要提出一种新的具有大量散射中心，并且可将光通过多个路径远距离传输的结构。

基于表面等离激元的光学操控技术由于其所需激光能量低、装置简单，近年来引起了广泛关注。较低的激光能量密度可以防止对活体细胞的破坏，因此，可在医疗领域中的活体细胞及DNA操控等方面得到应用。现有的微纳光学结构在散射中心排布密集，相邻散射中心之间距离较近时，散射波间易产生干涉和衍射，引起串扰。在癌症治疗过程中，若将这种微纳光学元件注入人体中，散射光不仅会摧毁癌细胞，而且很有可能会伤害周围的健康组织。亟待开发出可精确摧毁特定位置的癌细胞而不对人体健康组织产生损害的纳米光学结构。

发明内容

技术问题：本发明的目的是为了克服已有技术的不足之处，提出了一种多枝树形等离激元波导复合纳米结构的合成方法及光学操控方法，该方法合成方法简单，重复性好，易于工业化大批量生产；所制备出的树形纳米结构的主干和分支纳米结构粗细可控，枝状纳米结构增加了散射中心的数量，延伸了光可传播的空间；在树形纳米结构表面叠加有壳或无壳的量子点形成量子点复合树形纳米结构，无壳量子点可用于化学催化、环境监测、生物传感等应用，光从纳米线一端入射，经纳米线及枝状结构传至有壳量子点，激励有壳量子点发光，可用于遥感拉曼、新型激光器等应用。通过光学操控可改变入射光的强度和偏振态，控制特定区域的量子点发光，可消除散射中心之间干涉衍射效应产生的串扰效应。

技术方案：本发明的一种多枝树形等离激元波导复合纳米结构的合成及光学操控方法包括以下步骤：

步骤1：树形纳米结构的合成：

a.化学还原法合成粗细可控的银纳米线以作为树形纳米结构的主干：配制硝酸银、聚乙烯吡咯烷酮PVP和氯化钠的乙二醇混合溶液，硝酸银在反应体系中的浓度为0.001-5mmol/L，并在高温下充分反应1-8h，得到银纳米线溶液Ⅰ；