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臺灣博碩士論文加值系統

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研究生:陳論鉉
研究生(外文):Lun-Hsuan Chen
論文名稱:計算螢光奈米鑽石在石墨外殼影響下的負電氮-空缺中心數目
論文名稱(外文):Measuring the Number of NV- Centers in Fluorescent Nano-diamonds in the Presence of Graphite Shells
指導教授:林宗欣
指導教授(外文):Tsong-Shin Lim
口試委員:吳小華柯景元
口試委員(外文):Hsiao-Hua WuJing-Yuan Ko
口試日期:2012-06-27
學位類別:碩士
校院名稱:東海大學
系所名稱:物理學系
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:61
中文關鍵詞:螢光奈米鑽石螢光抑制效應
外文關鍵詞:Nano-diamondsQuenching
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光子相干量測法已經廣泛被使用在計算單分子或奈米顆粒的發光體數量。一般在使用時會假設每個發光體發出光子的機率是一樣的。但如果每顆發光體發出光子的機率是不一樣的,就得修改光子相干量測的模型。螢光奈米鑽石的表面石墨殼會對較靠近表面的氮-空缺產生螢光抑制效應,造成氮-空缺的螢光生命週期(Fluorescence Lifetime)和量子產額(Quantum yield)會隨著越靠近石墨殼而遞減,此時量測到的螢光生命週期會有兩種遞減方式,其中一個是較快遞減是屬於受到螢光抑制效應(Quenching)影響的氮-空缺所發出的螢光,另外一個較慢遞減則是屬於沒受到螢光抑制效應影響的氮-空缺所發出的螢光。因為上述的原因,所以螢光奈米鑽石內的氮-空缺發出光子的機率會不一樣,使得我們無法直接利用光子相干量測法計算出實際的氮-空缺的數目。在此工作中,我們提出了一個方法來修正對氮-空缺數目的計算。我們把氮-空缺分成兩種,一種是受到螢光抑制效應影響的氮-空缺,另外一種則是沒受到螢光抑制效應影響的氮-空缺。我們利用時間解析光譜得到兩種氮-空缺的數量以及螢光生命期的比值,並利用此比值來修正光子相干量測所得到的值。我們得到在沒考慮受到螢光抑制效應的35nm螢光奈米鑽石氮-空缺的數量其平均值7.865,經過修改過後其平均數量值為12.838。
Photon correlation spectroscopy has been widely used to quantify the number of emitters in single molecule or nanoparticles,which equals to the number of (N-V)- centers assuming all (N-V)- centers are identical.However,the quantification for multiple emitters is often hampered by the heterogeneities of the emitters. The graphite shells can quench efficiently the luminescence of NV centers near the surface and reduce their fluorescent lifetime and quantum yield depending on the distance of the graphite shell. Therefore, the fluorescent decay curves exhibits a fast decay and a slow decay, which are attributed to the quenched and unquenched NV centers, respectively.In this work,we propose a method that can modify the number of NV centers. We approximately categorized (N-V)- centers into two species, namely quenched and unquenched centers, with different fluorescence quantum yields and used time-resolved spectroscopy to modified photon correlation measurement. The average number of (N-V)- centers in single 35-nm fluorescent nanodiamond were modified from 7.8 to 12.8.
第一章 簡介
1.1 螢光奈米鑽石
1.1.1 螢光奈米鑽石的性質及應用
1.1.2 合成螢光奈米鑽石
1.2 石墨殼的形成與影響
1.2.1 石墨外殼的形成
1.2.2 螢光抑制效應
1.2.3 螢光生命週期原理和螢光抑制效應下的螢光生命週期
1.3 量測發光體
1.3.1 光子相干光譜量測
1.3.2 計算發光體
第二章 實驗系統原理
2.1 共焦式螢光顯微鏡原理
2.2 生命週期量測系統原理
2.3 光子相干量測系統原理
第三章 樣品備製與實驗量測
3.1 螢光奈米鑽石的製備和樣品的備製
3.1.1 螢光奈米鑽石的製備
3.1.2 樣品的備制
3.2 螢光奈米鑽石樣品量測
3.2.1 螢光奈米鑽石樣品的掃描與螢光量測
3.2.2 螢光奈米鑽石樣品光子相干量測
3.2.3 螢光奈米鑽石樣品的生命週期量測
第四章 實驗結果與討論
4.1 螢光奈米鑽石樣品掃瞄圖和光譜圖
4.2 生命週期量測分析與討論
4.3 光子相干量測分析與討論
4.4 修改計算模型
4.5 螢光奈米鑽石的螢光體修正結果與探討
第五章結論與展望
參考文獻

圖表目錄
圖1.1 鑽石的NV defect的結構示意圖
圖1.2 螢光奈米鑽石的螢光光譜圖
圖1.3 螢光奈米鑽石和染料高分子的比較圖
圖1.4 Flavin的吸收光譜、螢光光譜和螢光奈米鑽石的螢光光譜的比較
圖1.5 奈米鑽石表面羥基化後再連接蛋白質於表面上之示意圖
圖1.6 用TEM觀察奈米鑽石的結構
圖1.7 螢光分子的電子躍遷示意圖
圖1.8 (N-V)- centers在奈米鑽石薄膜的螢光衰減曲線
圖1.9 受到石墨殼所影響的(N-V)-和沒有被影響的(N-V)-
圖1.10 Hanbury-Brown and Twisse的實驗架構
圖1.11 光子相干量測結果示意圖
圖1.12 獨立的雙能階量子示意圖
圖1.13 光子相干量測圖
圖2.1 共焦式螢光顯微鏡原理示意圖
圖2.2 生命週期量測示意圖
圖2.3 生命週期訊號所累積出來的統計圖
圖2.4 光子相干量測示意圖
圖3.1 黑罩
圖3.2 黑罩黏在蓋玻片上與示意圖
圖3.3 把做好的樣品架設樣品平台上
圖3.4 共焦掃描顯微鏡系統裝置示意圖
圖3.5 HQ 535/30 M濾片的穿透光譜圖
圖3.6 分光鏡Z 532 RDC的穿透光譜圖
圖3.7 LP03-532RS-25濾片的穿透光譜圖
圖3.8 光譜儀光路示意圖
圖3.9 光子相干量測裝置示意圖
圖3.10 Time-Correlated Single Photon Counting Modules
圖3.11 用Pulse雷射掃瞄35nm螢光奈米鑽石樣品的20 μm×20 μm掃描圖
圖3.12 用CW雷射掃瞄35nm螢光奈米鑽石樣品的20 μm×20 μm掃描圖
圖3.13 生命週期量測實驗裝置示意圖
圖4.1 共焦式顯微鏡掃瞄35nm螢光奈米鑽石樣品的螢光強度分佈圖
圖4.2 螢光奈米鑽石隨著時間增加其螢光強度的變化
圖4.3 發光點量測到的螢光奈米鑽石光譜
圖4.4 35nm螢光奈米鑽石的螢光衰減曲線
圖4.5 35nm螢光奈米鑽石光子相干量測
圖4.6 兩顆35nm螢光奈米鑽石的生命週期量測
圖4.7 (N-V)- center的數量修改前和修改後的統計分佈圖
圖5.1 35nm螢光奈米鑽石的 比例分佈圖
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