科研进展

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我院陈峰教授团队在离子束纳米材料合成及改性研究中取得新进展

发布日期:2020-09-24   点击量:

近日,我院陈峰教授团队在离子束合成新型金属纳米颗粒及其光学应用、离子束改性二维材料及其生物医学应用的研究中取得新进展,相关工作均发表于国际纳米研究领域的著名期刊SmallIF=11.459)上。

通过表面改性的非线性光学材料在制造频率梳、调制器和全光开关等多种光子学器件中有着广泛的应用,随着光子器件向着功能性、集成化方向发展,制备具有高性能的低维纳米复合非线性光学材料成为新一代集成光子器件的一个重要基础。贵金属纳米颗粒作为零维材料,被广泛应用于调控材料的三阶非线性光学响应。寻求新的方法进一步改善非线性光学材料的非线性性能、稳定性、可控性,对提升非线性光子学器件的品质具有重要的促进作用。

陈峰教授团队与中国科学院上海光机所、武汉大学相关课题组合作,提出了一种异质双层纳米颗粒结构,首次利用相邻纳米颗粒层间散射引起的能量转移,达到增强非线性光学材料的三阶非线性光学响应的效果。通过顺序离子注入方法在铌酸锂晶体中合成了嵌入式铜、银双层纳米颗粒,分布于铌酸锂晶体表面以下100nm深度范围内,并结合弹性碰撞模型和热分解理论,揭示了双层纳米结构的形成机理。这种方法的优点是,将金属纳米颗粒嵌入在介电光学晶体中,稳定性高,能够长时间保存,且可控性强,纳米颗粒分布与形貌可通过注入能量和剂量精确控制。利用有限元法结合Mie散射理论对该双层异质结构的光学性质进行模拟并与实验结果对比,结果表明,上层的铜纳米颗粒的局域表面等离激元共振效应(LSPR)被完整保留下来,而下层的银纳米颗粒的散射效应加强了铜纳米颗粒周围的近场强度,从而提高了上层铜纳米颗粒本身的三阶非线性响应。与单层铜纳米颗粒相比,近红外波段近场光强增强因子和三阶非线性响应调制深度均提高了一倍,而饱和强度降低了一个数量级(从17.9GW/cm21.97 GW/cm2)。基于上述结果,利用光学非线性增强的铌酸锂晶体作为可饱和吸收体置于激光谐振腔中,实现了具有更短脉宽的1微米调Q锁模波导激光输出,其重复频率达到6.55GHz,脉冲宽度值降低了32.7%

该论文以“A novel hierarchical nanostructure for enhanced optical nonlinearity based on scattering mechanism”为题在线发表于Small https://doi.org/10.1002/smll.202003172),第一作者为物理学院2019级博士研究生逄驰,通讯作者为陈峰教授,山东大学为第一作者单位和唯一通讯作者单位。

细菌引起的感染性疾病在临床上的发病率、死亡率均高,严重威胁人类健康。目前抗生素是对细菌感染的最主要手段,但抗生素的长期使用也导致了耐药菌株(如超级细菌)的出现,使感染性疾病面临更严峻的挑战,研究并开发新药物实现对抗耐药菌成为迫切需求。

陈峰、谭杨教授团队与山东大学第二医院张晗教授团队合作,提出缺陷可以赋予过渡金属硫化物(XS2-0.1X=WMo)量子点(QDs)高效杀菌的性质。研究采用离子辐照技术溅射XS2 QDs最上层硫原子层产生硫缺陷,该缺陷位置具有强氧化性和强抗菌活性;在140µg/mL浓度下,WS2-0.1 QDs可在20分钟内有效地杀灭金黄色葡萄球菌、MASR和大肠杆菌(灭菌率分别为99.99%99.9%99%);进一步用小鼠眼部炎症模型评价其体内抗菌活性,发现WS2-0.1 QDs可以防止超级细菌感染引起的眼穿孔等严重统感染,具有临床药用潜力。该研究工作表明缺陷可以赋予XS2量子点新型(不依赖光)、高效抗菌活性,为开发新型纳米药物提供了一种新途径。

该论文以“Vacancy-induced antibacterial activity of XS2–y quantum dots against drug-resistant bacteria for treatment of bacterial keratitis”为题在线发表于Smallhttps://doi.org/10.1002/smll.202004677),第一作者为齐鲁医学院2018级博士生李慧媛,通讯作者为张晗、谭杨、陈峰,山东大学为唯一作者单位。

相关研究工作均得到了国家自然科学基金项目、晶体材料国家重点实验室等的大力支持。


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