纳米有序结构的光学特性
本文选题:有序性 切入点:时域有限差分法 出处:《吉林大学》2015年硕士论文
【摘要】:随着信息社会的发展,人们对显示、数据存储、能源等方面的光学和电子器件提出了新要求。然而传统材料的研究很难取得开创性的进展,无法满足这样的要求。具备表面效应和小尺寸效应等特性的纳米材料,特别是纳米有序材料,在光学、磁学、热学等方面展现出了优异特性,从此人们开始关注纳米材料。其中纳米有序材料就是相关研究领域备受注目的热点之一。 纳米有序结构大多是由纳米球,纳米线,纳米棒等组成的,本文在纳米球有序结构的基础上,对纳米核壳有序结构和纳米管准有序结构的光学特性进行了研究,可分为如下三部分: 首先,利用时域有限差分法得到了纳米球组成的密排有序结构的紫外可见透射、反射光谱。计算结果与布拉格衍射定律、相关文献及实验数据高度匹配;其次,计算并讨论了纳米核壳有序结构中的核位置偏移对其光学特性的影响。在平行于[111]有偏移时,其透射峰的半高宽和相对半高宽会表现出规律性变化,而在垂直于[111]方向有偏移时,透射峰几乎不会有明显变化,即不会对该结构的光学性质产生明显影响。进一步对椭球体核情况进行了计算和分析,当椭球体的形状和方位角发生变化时,其透射峰位,半高宽和相对半高宽也呈现出规律性变化。这对于调节纳米有序核壳结构的光学性质具有很强的理论指导意义;最后,研究了纳米管准有序结构。利用水热法合成了Ti02纳米管,通过TEM(透射电子显微镜)对其形貌进行了表征。分别利用垂直沉积法和双基底沉积法制备了Ti02纳米管准有序结构,通过光纤光谱仪得到了其紫外可见反射光谱。对这两种方法的反射光谱进行了对比后,发现双基底沉积法制备的纳米管准有序结构的反射峰更加明显,从而反映了采用此法制备的微观结构更加有序。而后采用此方法制备了不同浓度的纳米管准有序结构,并计算了此结构的反射光谱。发现实验值和理论值表现出相同的规律,符合得比较好,验证了所制备得纳米管微观结构的有序
[Abstract]:With the development of information society, optical and electronic devices, such as display, data storage, energy and so on, are required.However, the research of traditional materials is difficult to achieve pioneering progress, can not meet such requirements.Nanomaterials with surface effect and small size effect, especially nanocrystalline ordered materials, have shown excellent properties in optics, magnetics, thermal science and so on. Since then, people have begun to pay attention to nanomaterials.Nano-ordered materials are one of the hot topics in related research fields.Nano-ordered structures are mostly composed of nanospheres, nanowires, nanorods, etc. In this paper, the optical properties of ordered structures of nanospheres and nanotubes are studied based on the ordered structures of nanospheres.It can be divided into three parts:Firstly, the UV-Vis and reflectance spectra of the ordered structure of the nanospheres are obtained by using the finite-difference time-domain method (FDTD).The calculated results are highly consistent with the Bragg diffraction law, relevant literature and experimental data. Secondly, the influence of the nuclear position shift in the ordered structure of nanocrystalline core-shell on its optical properties is calculated and discussed.When there is a shift parallel to [111], the half maximum width and the relative half maximum width of the transmission peak will show regular changes, but the transmission peak will hardly change significantly when the shift is perpendicular to the direction of [111].That is, the optical properties of the structure will not be significantly affected.Furthermore, the nucleation of ellipsoid is calculated and analyzed. When the shape and azimuth of the ellipsoid change, the transmission peak position, the half maximum width and the relative half maximum width of the ellipsoid also show regular changes.It is of great theoretical significance to regulate the optical properties of nanostructured core-shell structures. Finally, the quasi-ordered structures of nanotubes are studied.Ti02 nanotubes were synthesized by hydrothermal method and characterized by TEM (Transmission Electron microscope).The quasi-ordered structure of Ti02 nanotubes was prepared by vertical deposition method and double-substrate deposition method, respectively. The UV-Vis reflectance spectra of Ti02 nanotubes were obtained by optical fiber spectrometer.By comparing the reflectance spectra of the two methods, it is found that the reflection peaks of the quasi-ordered structure of nanotubes prepared by double-substrate deposition method are more obvious, which reflects that the microstructure prepared by this method is more orderly.The quasi-ordered structure of nanotubes with different concentrations was prepared by this method, and the reflectance spectra of the structure were calculated.It is found that the experimental value and the theoretical value show the same rule, which is in good agreement with each other, and verifies the ordered microstructure of the prepared nanotubes.
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TB383.1
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