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硒化物半导体材料表面增强拉曼散射机理及调控研究

批准号:
12074229
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
刘玫
依托单位:
学科分类:
光谱学与固体发光
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
刘玫

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
半导体表面增强拉曼散射(SERS)基底具有显著的增强因子和良好的光谱稳定性,在非金属SERS研究中具有十分重要的地位。然而,由于基底-吸附分子交界面位置结构的特殊性,目前对于半导体SERS现象产生的微观机理以及如何利用界面处量子态变化进一步提升其SERS活性的问题一直缺乏统一认识,相应理论模型缺乏实验验证。本项目通过研究对硒化物半导体SERS体系中界面微观量子态变化与其SERS活性之间的关系,探究得到半导体基底-吸附分子耦合、界面诱导产生SERS现象的微观机制和规律;并通过外场及掺杂、界面设计手段实现半导体纳米材料SERS性能的优化。本项目的实施将有助于全面、深入的理解半导体材料产生SERS效应的增强机理,得到完整、统一的半导体SERS增强理论解释;为我国尽早拥有高效、稳定的半导体SERS基底材料,发展基于界面调控技术的新型半导体SERS探测传感器件奠定科学基础并提供发展思路。
英文摘要
Surface-enhanced Raman scattering (SERS) based on semiconductor has been proven to be a significant enhancement factor and good spectral stability, and has a very important position in the research of non-metallic SERS. However, due to the particularity of structure and position of the interface between substrate and adsorbed molecules , the microscopic mechanism of the semiconductor-SERS phenomenon and how to use the change of the quantum state at interface to enhance the SERS activities of semiconductor materials always lack a unified understanding. The theoretical model lacks experimental verifications. In this project, we plan to find the relationship between the microscopic quantum state at the interface and the SERS activity for the selenide semiconductor-SERS system, and explore the fundamental physical mechanism and rule of semiconductor-SERS characteristics induced by the substrate-molecular coupling. The SERS performances of semiconductor nanomaterials will be further optimized through external fields, doping, and interface design. The implementation of this project will help us to understand the micro-mechanism of the surface enhancement effect of semiconductor materials, and develop a complete and unified enhancement theory of the semiconductor-SERS. It will make a scientific foundation and provide development ideas for us to have efficient and stable semiconductor SERS substrate materials and develop new semiconductor SERS detection sensor devices as soon as possible.
本项目聚焦于硒化物半导体材料表面增强拉曼散射(SERS)机理及调控的研究,致力于全面理解以缺陷硒化物为代表的低维非金属半导体材料SERS效应的增强机理,并在此基础上发展高效、稳定的半导体SERS基底材料。在项目实施过程中,我们以一维ZnSe纳米线和二维SnSe2纳米片为主要研究对象,深入分析了其生长动力学及优化生长条件。研究揭示了微观缺陷对低维硒化物纳米材料SERS性能的调控作用,并通过掺杂、缺陷工程、异质结构构建等手段进一步提升了材料的SERS性能,实现了对多种探针分子及实际样品中目标分子的高灵敏度检测,拓展了SERS技术在环境污染、食品安全、生物医学等领域的应用前景。在理论研究方面,我们深入探讨了光场作用下基底与吸附分子界面附近电子轨道、能级等量子态的变化,以及界面附近激子分离、载流子、电荷能量转移相关的过程。揭示了空位缺陷诱导的缺陷能级调控SERS活性的机理,以及耦合增强机制和供体-桥-受体(D-B-A)体系增强机制。这些理论突破为理解半导体材料SERS活性产生的微观机理提供了重要理论依据,为设计具有特定功能的半导体SERS器件提供了新的思路和方法。在应用研究方面,我们将新型硒化物及相关复合SERS材料研究成果拓展到了土壤、水环境中的重金属离子和有机污染物检测追踪、食品农残检测、纳米塑料及抗生素的分布特性,以及微生物、植物分类演化等领域。通过这些研究,我们不仅验证了理论分析的准确性,还在实际应用中展示了SERS技术的巨大潜力。未来,项目团队将继续深化理论研究,探索非金属SERS技术与纳米技术的融合,推动SERS技术在更广泛的科学领域中的应用,为解决环境、食品和生物医学中的复杂问题提供新的科学工具和方法,进一步提升非金属SERS技术在科学研究中的贡献度。
石墨烯基可转移碲镉汞薄膜物性研究
  • 批准号:
    61307120
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    29.0万元
  • 批准年份:
    2013
  • 负责人:
    刘玫
  • 依托单位:
脉冲激光沉积制备ZnCdTe薄膜的太赫兹波段的物理性质研究
  • 批准号:
    11047161
  • 项目类别:
    专项基金项目
  • 资助金额:
    4.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    刘玫
  • 依托单位:
国内基金
海外基金