一种基于MDM型纳米腔结构制造技术

本发明专利技术公开了基于MDM型纳米腔结构，其从上至下依次包括银纳米环层、UCNPs层、银底层；并且在银纳米环层的各个银纳米环上，均对称设置了两个可以自由开启或关闭的缺口，并且可以调节缺口开口的角度；还可以通过银纳米环半径的变化，实现吸收光谱中吸收光面积和上转换荧光增强因子值的调节。通过以上设置，可以实现MDM型纳米腔对外接具有特定范围波长光源的高效吸收，并且使得MDM型纳米腔在特定波长范围内具有可调节的吸收光谱，即使得其吸收光谱实现自由的吸收强度调节，以及光谱红移或蓝移的调节，最终实现灵活地控制上转换发射的发射光谱。谱。谱。

【技术实现步骤摘要】
一种基于MDM型纳米腔结构


[0001]本专利技术涉及谐振腔
，特别是涉及基于MDM型纳米腔结构。

技术介绍

[0002]上转换纳米粒子(UCNPs)主要是掺杂稀土元素的无机纳米材料，利用稀土元素的亚稳态能级特性，可以将近红外光转变成紫外
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可见光。因其具有优异的光化学稳定性，较深的光穿透深度、较长辐射寿命、无背景荧光干扰和对生物组织几乎无损伤等显著优势，在生物医学、显示技术和太阳能电池在内等众多领域起到了重要作用。但是仍然存在一些缺点，例如受到纳米材料的表面效应、晶格缺陷等限制，导致发光强度低，从而光信号较弱。为了提高发光效率，已经提出了很多解决的方法，包括选择基质材料、调整掺杂剂和表面化学等。近年来，金属纳米结构通过表面等离子体增强上转换发光的研究受到广泛关注，这得益于高局域场强和谱带匹配。
[0003]但目前大多数结构存在散射损耗较大以及耦合效率偏低等问题，限制了整体发光增强因子的提升，因此构建一种金属纳米结构和UCNPs高效耦合且低损耗的复合材料十分重要。H Giessen的小组早在2009年设计一种三层金属介质结构，能将近红外入射光束缚在某些特定区域，形成强大的局域电磁场。T Zhang等人研究了MDM结构的窄带吸收特性，并对其应用于传感器进行了理论分析。2019年X Liu团队报道了一种MDM型复合纳米腔上转换材料的结构，实现了上转换发光的高效增强并表现出多色发光外观，具有强局域场和等离子体共振特性可控的优势。以上是针对单波段的匹配进行研究的，如今已经报道808nm/980nm双通道激发的稀土上转换发光纳米材料在生物精准检测和超分辨率荧光成像方面有着独特的优势，同时发现第二个近红外窗口(1000
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1700nm)相较于第一个近红外窗口(700
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900nm)有着更好的成像质量和更深的组织穿透能力。适用于多重激发光并且具有完美吸收特性的复合结构增强上转换发光还鲜有人关注。
[0004]另外，已有文献(Xu J,Zhao Z,Yu H,et al,Optics Express,2016,24,25742
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25751；Zhan S,Wu X,Liu Y,et al,Journal of Alloys and Compounds 2018,735,372
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376)也报道了类似的MDM结构的谐振腔，然而，从自由调节谐振腔所吸收的光源强度而言，它们存在的不足在于：无法自由调节MDM结构对外接光源的照射光的强度，同时调节光谱范围相对较窄。
[0005]综上所述，亟需研发一种新的谐振腔结构，以解决现有技术中存在的问题，并提升器件的性能。

技术实现思路

[0006]基于此，本专利技术提供了一种基于MDM型纳米腔结构，其从上至下依次包括银纳米环层、UCNPs层、银底层；并且在银纳米环层的各个银纳米环上，均对称设置了两个可以自由开启或关闭的缺口，并且可以调节缺口开口的角度；还可以通过银纳米环半径的变化，实现吸收光谱中吸收光面积和上转换荧光增强因子值的调节。通过以上设置，可以实现MDM型纳米
腔对外接具有特定范围波长光源的高效吸收，并且使得MDM型纳米腔在特定波长范围内具有可调节的吸收光谱，即使得其吸收光谱实现自由的吸收强度调节，以及光谱红移或蓝移的调节，最终实现灵活地控制上转换发射的发射光谱。
[0007]本专利技术公开了一种基于MDM型纳米腔结构，其从上至下依次包括银纳米环层、UCNPs层、银底层；
[0008]其中，所述银纳米环层由三个半径不等的银纳米环构成，分别为银纳米内环、银纳米中环和银纳米外环，所述银纳米内环、银纳米中环和银纳米外环互为共享圆心的同心环；
[0009]所述银纳米内环、银纳米中环和银纳米外环上均对称设置有两个活动性缺口，分别为A
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F，任意一个活动性缺口均可设置为开启或关闭状态，且活动性缺口A
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F均在同一直线S上，所述直线S为某一条通过以所述银纳米环的圆心的直线；
[0010]所述银纳米内环、银纳米中环和银纳米外环分别对入射波长740
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890nm、920
‑
1090nm和1420
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1780nm具有响应。
[0011]本专利技术术语“响应”，是指基于MDM型纳米腔结构对不同波长的光子的束缚能力。
[0012]在本专利技术说明书中对上述缺口的设置有更直观的描述。事实上，同一个银纳米环中所设置的两个缺口均为对称设置，即将两个缺口相连的直线必然通过同心环的共享圆心。
[0013]故同时开启的缺口最多可以有6个，最少可以有0个。
[0014]进一步地，所述银纳米内环的外半径取值范围为53
‑
65nm；所述银纳米中环的外半径取值范围为108
‑
120nm；所述银纳米外环的外半径取值范围为186
‑
198nm。
[0015]进一步地，所述银纳米环层中，所述银纳米内环与银纳米中环之间的间隔为23
‑
47nm，所述银纳米中环与银纳米外环之间的间隔为46
‑
70nm。
[0016]进一步地，所述银纳米内环、银纳米中环和银纳米外环等高度等宽度，所述高度为40
‑
70nm，所述宽度为10
‑
30nm。
[0017]进一步地，所述UCNPs层的厚度为15
‑
30nm。
[0018]进一步地，所述UCNPs层的介电常数为1.40
‑
1.47。
[0019]进一步地，所述基于MDM型纳米腔结构外接激发光源，所述激发光源对所述基于MDM型纳米腔结构以照射光进行持续照射。
[0020]进一步地，所述激发光源的照射光的波长范围在700
‑
2000nm。
[0021]进一步地，所述UCNPs层所用敏化剂，选自Nd
3+
、Yb
3+
和Er
3+
的一种或多种。
[0022]敏化剂的作用是通过提供吸收能量来敏化其他稀土离子从而发出高能光。如Nd
3+
在800nm处附近具有高吸收系数和较大激发光谱，能提供充足的激发态能量，使得上转换发光效率大大提高。
[0023]同理，Yb
3+
和Er
3+
分别在980nm和1530nm处，适合作为敏化剂。
[0024]本专利技术具有以下有益效果：
[0025]本专利技术的基于MDM型纳米腔结构，通过调节银纳米环层中银纳米环的缺口开口角度、缺口开口个数，以及银纳米环的半径等参数，可以灵活、快捷地实现MDM型纳米腔结构多谱带可调、完美吸收和强局域场的技术效果，为增强上转换的发光效率提供了新途径。
附图说明
[0026]图1(a)示出了本专利技术实施例1中的基于MDM型纳米腔结构的主视图；...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于MDM型纳米腔结构，其特征在于，所述MDM型纳米腔结构从上至下依次包括银纳米环层、UCNPs层、银底层；其中，所述银纳米环层由三个半径不等的银纳米环构成，分别为银纳米内环、银纳米中环和银纳米外环，所述银纳米内环、银纳米中环和银纳米外环互为共享圆心的同心环；所述银纳米内环、银纳米中环和银纳米外环上均对称设置有两个活动性缺口，分别为A
‑
F，任意一个活动性缺口均可设置为开启或关闭状态，且活动性缺口A
‑
F均在同一直线S上，所述直线S为某一条通过以所述银纳米环的圆心的直线；所述银纳米内环、银纳米中环和银纳米外环分别对入射波长740
‑
890nm、920
‑
1090nm和1420
‑
1780nm具有响应。2.根据权利要求1所述基于MDM型纳米腔结构，其特征在于，所述活动性缺口A
‑
F的开口角度为1
‑
15
°
。3.根据权利要求1所述基于MDM型纳米腔结构，其特征在于，所述银纳米内环的外半径取值范围为53
‑
65nm；所述银纳米中环的外半径取值范围为108
‑
120nm；所述银纳米外环的外半径取值范围为186
‑
198nm。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂国政，谭迪文，李德琼，占世平，李宗霖，钟防，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：