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研究生:王冠鈞
研究生(外文):Kuan-ChunWang
論文名稱:鐵酸鉍薄膜之表面電漿增強拉曼光譜研究
論文名稱(外文):Study of Surface-Enhanced Raman Spectroscopy on BiFeO3 Film
指導教授:陳宜君陳宜君引用關係
指導教授(外文):Yi-Chun Chen
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:物理學系碩博士班
學門:自然科學學門
學類:物理學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2012
畢業學年度:100
語文別:中文
論文頁數:83
中文關鍵詞:鐵酸鉍薄膜表面電漿增強拉曼光譜
外文關鍵詞:BiFeO3 FilmSurface-Enhanced Raman Spectroscopy
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當奈米金屬顆粒受電場影響而激發其外圍電子雲產生表面電漿效應,此效應可以產生高度局域性的電場共振效應,以克服光學的繞射極限,增加在量測上的空間解析。表面電漿子屬於近場效應,只對金屬粒子表面數奈米距離內的分子有訊號增強作用,因此可應用在研究材料表面科學。本研究中,將應用表面電漿效應於表面增強拉曼光譜。先合成金奈米粒子,以鐵電微影技術來控制金粒子的吸附,藉此量測局部的鐵酸鉍表面增強拉曼光譜,並探討吸附金粒子對光譜的影響。使用的拉曼量測雷射為 532 奈米單模綠光雷射,藉著控制奈米金屬粒子的組成、尺寸,形狀,可達到共振吸收光譜峰值位於532 奈米附近。再透過原子力顯微鏡系統的奈米微影技術操控鐵酸鉍表面電荷,藉以影響自行製備的奈米金屬金粒子位於鐵電性材料 鐵酸鉍的表面位置和排列圖形,最後再探討分析各排列圖形於鐵酸鉍的表面拉曼增強效應及其機制。
The surface plasmon is a phenomenon observed when the electronic cloud outside the metallic nanoparticles was stimulated by incident light. Plasmon resonance can result in huge magnification of the local field at the metallic surface which can conquer the optical limitation and improve the spatial resolution of detection. The surface plasmon only enhances the molecular signal near the metallic nanoparticles; therefore the property can be applied in surface-enhanced Raman spectroscopy (SERS).
In this study, we used different patterns with gold nanoparticles on BiFeO3 to discuss the influence of surface-enhanced Raman spectrum. In our experiment, due to laser wavelength is 532 nm in our laboratory, we used chemical methods modifying the component, size and shape of nanoparticles to adjust the surface plasmon band (SPB) around 532 nm in order to achieve the best surface plasmon requirement. Then we use Atomic Force Microscopy (AFM) to perform lithography technique to control surface charges on the multiferroic material BiFeO3. Through the positive charge on BiFeO3, we immersed the sample into the Au nanoparticles (AuNPs) solution to attract the nanoparticles which have negative charges outside. We use this technique to perform the different AuNPs patterns on BiFeO3 to investigate the influence of surface-enhanced Raman spectrum.
摘要 I
Abstract II
誌謝 III
目錄 IV
表目錄 VII
圖目錄 VII

第一章 緒論 1
第二章 文獻回顧 3
2.1 局部表面電漿原理 3
2.1.1 表面電漿理論基礎 3
2.1.2 粒子尺寸與幾何形狀對表面電漿的影響 10
2.1.3 奈米粒子周圍介電常數的影響 12
2.1.4 表面拉曼訊號增強效應(SERS) 12
2.2多鐵性材料性質簡介 17
2.3 鐵酸鉍材料基本性質 19
第三章 實驗方法 22
3.1 掃描式探針顯微鏡(AFM) 22
3.1.1掃描式探針顯微鏡的原理與架構 22
3.1.2原子力顯微鏡之系統架構 23
3.1.3原子力顯微鏡之成像原理 25
3.2壓電力顯微鏡(PFM) 30
3.3拉曼光譜原理 33
3.3.1拉曼散射機制 33
3.3.2拉曼散射的古典波動模型 35
3.3.3微拉曼(micro Raman)散射系統介統 36
3.4掃描式電子顯微鏡(SEM) 39
3.4.1 掃描式電子顯微鏡原理 39
3.4.2 電子束與試片之相互作用 39
3.5實驗流程 41
第四章 實驗結果與討論 43
4.1 奈米金粒子的製備 43
4.1.1配置步驟 43
4.1.2單寧酸濃度對金粒子粒徑的影響 46
4.2 奈米金粒子於BiFeO3上的吸附 53
4.2.1電壓控制BiFeO3表面電荷分布 56
4.2.2 電壓書寫參數對金粒子吸附的影響 58
4.3 鐵酸鉍 (BiFeO3) 薄膜表面增強拉曼效應 68
4.3.1 吸附金粒子線寬對表面拉曼增強效應影響 70
4.3.2 表面增強拉曼效應模型解釋 76
第五章 結論 78
參考文獻 80

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