贵金属纳米结构的消光特性研究
发布时间：2021-07-14 09:28
金属纳米结构的表面等离子体共振能够突破衍射极限,将传统光学推向亚波长纳米光学。这将刺激一些新颖光学材料的发展,并为纳米尺度光信息的传输与处理以及微型化和集成化新器件的创造提供可能。表面等离子体的局域场增强特性对金属的材料属性、纳米结构形貌以及介电环境的变化十分敏感,故能够应用于高灵敏度传感器、拉曼光谱增强分子信号探测等。基于表面等离子体共振的金属纳米结构研究受到越来越多的关注,逐渐形成了表面等离子体光子学,这门学科在物理、材料、化学和生物传感等诸多研究领域具有广阔的应用前景。表面等离子体光子学的出现使人们认识到可以设计特殊形状的金属或表面等离子体纳米结构,而有效的高性能计算机电磁仿真软件不仅能预测纳米结构的性能,而且能够促进表面等离子体技术的发展。因此本文利用基于有限元法的软件COMSOL Multiphysic,研究了几种不同金属纳米结构的表面等离子体的光学特性,具体包括基于ITO衬底的银核金壳复合纳米颗粒、SiO2/Ag/SiO2/Au多层纳米壳以及贵金属盘-环纳米结构。我们模拟了上述纳米结构在各种不同条件下的消光谱,并详细分析了影响纳米结构消光特性的因素,主要取得了以下结果：（1...
【文章来源】：陕西师范大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３－３?（ａ）?（ｂ）单质银纳米颗粒与不同金壳厚度的基于ＩＴＯ衬底的银核金壳复合纳米颗粒的消光??
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ｓｐｅｃｔｒａ?（ａ）?Ｔｈｅ?ｉｎｎｅｒ?ｎａｎｏｓｈｅｌｌ?ｗｉｔｈ?扣，ｔ２］＝［２０，ｌ＾ｎｍ?（ｂ）?Ｔｈｅ?ＳｉＣＶｉ＾／ＳｉＣＶＡｕ?ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ??打ａｎｏｓｈｅＵｓ?ｗｉｔｈ?［ｔｉ，?（２，?ｔ］，?＊４］＝［２０，１式１５，２习ｎｍ?（ｃ）?Ｔｈｅ?ｏｕｔｅｒ?ｎａｎｏｓｈｅｌｌ?ｗｉｔｈ?［ｔ］，?ｔ４］＝口０，２５］ｎｍ??由图４－３可Ｗ观察到，偶极杂化模式Ｉ沁）线宽比偶极杂化模式｜＾＿－＞宽［６１］，当二??者近场相互禪合时，导致消光谱出现缺口，形成法诺共振。而四级杂化模式的消??光谱相对于偶极杂化模式的消光谱，共振线宽变窄且共振强度降低，故难Ｗ形成??法诺共振。因此，由于Ｓｉ〇２／Ａｇ／Ｓｉ〇２／Ａｕ多层纳米壳的内核壳和外核壳之间的偶极??－偶极賴合杂化作用，其消光谱产生了相应的法诺共振，消光峰表现出不对称的峰■??形。??图４＿４是ＳｉＣＶＡｇ／ＳｉＣＶＡｕ多层纳米壳能量模式Ｉ＂；〉、｜曲〉、｜祖〉和｜化－〉的ｘｙ??面电场分布图，对应的波长Ａ分别为３３０ｎｍ、４８０ｎｍ、５３０ｎｍ和７３０ｎｍ。图４－４?（ａ）??在波长＾＝３３０ｎｍ处，强电场集中在内电介质层表面，金纳米壳层的场强相对较弱。??图４－４?（ｂ）在波长乂?＝４８０ｎｍ处
【参考文献】：
期刊论文
[1]玻璃基底上氧化铟锡薄膜的光致发光性能[J]. 王东生,杜建周,李雪华,许艳艳,李永祥. 中国激光. 2011(01)
[2]用离散偶极近似理论研究银纳米粒子的消光光谱与介电环境的关系[J]. 李秀燕,杨志林,周海光. 云南大学学报(自然科学版). 2005(S1)
[3]镍电极的表面增强拉曼散射机理初探[J]. 杨志林,吴德印,姚建林,胡建强,任斌,田中群,杨志林,周海光. 科学通报. 2002(13)
博士论文
[1]金属纳米颗粒的光纤传感器研究[D]. 谢志国.中国科学技术大学 2009
[2]金属基元的电磁材料中负折射现象的数值研究[D]. 董正高.南京大学 2006
本文编号：3283872
【文章来源】：陕西师范大学陕西省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：58 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图３－３?（ａ）?（ｂ）单质银纳米颗粒与不同金壳厚度的基于ＩＴＯ衬底的银核金壳复合纳米颗粒的消光??
Ｆｉｇ．３－４?Ｔｈｅ?ｅｘｔｉｎｃｔｉｏｎ?ｓｐｅｃｔｒａ?ｏｆ?（ａ）?ｓｉｎｇｌｅ?ｇｏｌｄ?ａｎｄ?ｓｉｌｖｅｒ?ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ?（ｂ）?ｓｉｌｖｅｒ－ｇｏｌｄ?ｃｏｒｅ－ｓｈｅｌｌ??ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ?ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ?ｂａｓｅｄ?〇打?ｎｏ?ｗｉｔｈ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｓｉｌｖｅｒ?ｃｏｒｅ?ｒａｄｉｕｓ??图３－４（３）中，单质银纳米颗粒的两个消光峰分别位于３７〇１１１１１和４３〇１１１１１附近，??单质金纳米颗粒的消光峰主要位于５３０ｎｍ。在图３－４?（ｂ）中，当银核半径ｒ＝５５ｎｍ??时，银核金壳复合纳米颗粒的两个消光峰分别为４５０ｎｍ和４９０ｎｍ，由于金壳的调??节作用，其消光峰的光学性质虽类似于单质银纳米颗粒，但相对单质银纳米颗粒??的消光谱出现红移。随着银核半径的减小，复合纳米颗粒的消光峰出现红移，同??时两个消光峰逐渐变为一个消光峰。当银核半径ｉ＝２５ｎｍ时，复合纳米颗粒的消光??峰位于５３０ｎｍ处且其形状基本与单质金纳米颗粒的消光峰重合，故复合纳米颗粒??的光学性质接近于单质金纳米願粒。对于总尺寸一定的银核金壳复合纳米颗粒，??核壳比（大于５乃）决定了复合纳米颗粒总体的光学特性。??３．?３．?４介电环境的影响??我们对基于ＩＴＯ衬底的银核金壳复合纳米颗粒的消光谱随介电环境的变化进??行了定量计算。假设复合纳米颗粒周围介质的折射率分别为水（ｎ＝１．３３３）、己醇??（ｎ＝１．３６２）、环己烧（ｎ＝１．４２６）和四氯甲烧（ｆｆ＝１．４６１）。其中
ｓｐｅｃｔｒａ?（ａ）?Ｔｈｅ?ｉｎｎｅｒ?ｎａｎｏｓｈｅｌｌ?ｗｉｔｈ?扣，ｔ２］＝［２０，ｌ＾ｎｍ?（ｂ）?Ｔｈｅ?ＳｉＣＶｉ＾／ＳｉＣＶＡｕ?ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ??打ａｎｏｓｈｅＵｓ?ｗｉｔｈ?［ｔｉ，?（２，?ｔ］，?＊４］＝［２０，１式１５，２习ｎｍ?（ｃ）?Ｔｈｅ?ｏｕｔｅｒ?ｎａｎｏｓｈｅｌｌ?ｗｉｔｈ?［ｔ］，?ｔ４］＝口０，２５］ｎｍ??由图４－３可Ｗ观察到，偶极杂化模式Ｉ沁）线宽比偶极杂化模式｜＾＿－＞宽［６１］，当二??者近场相互禪合时，导致消光谱出现缺口，形成法诺共振。而四级杂化模式的消??光谱相对于偶极杂化模式的消光谱，共振线宽变窄且共振强度降低，故难Ｗ形成??法诺共振。因此，由于Ｓｉ〇２／Ａｇ／Ｓｉ〇２／Ａｕ多层纳米壳的内核壳和外核壳之间的偶极??－偶极賴合杂化作用，其消光谱产生了相应的法诺共振，消光峰表现出不对称的峰■??形。??图４＿４是ＳｉＣＶＡｇ／ＳｉＣＶＡｕ多层纳米壳能量模式Ｉ＂；〉、｜曲〉、｜祖〉和｜化－〉的ｘｙ??面电场分布图，对应的波长Ａ分别为３３０ｎｍ、４８０ｎｍ、５３０ｎｍ和７３０ｎｍ。图４－４?（ａ）??在波长＾＝３３０ｎｍ处，强电场集中在内电介质层表面，金纳米壳层的场强相对较弱。??图４－４?（ｂ）在波长乂?＝４８０ｎｍ处
【参考文献】：
期刊论文
[1]玻璃基底上氧化铟锡薄膜的光致发光性能[J]. 王东生,杜建周,李雪华,许艳艳,李永祥. 中国激光. 2011(01)
[2]用离散偶极近似理论研究银纳米粒子的消光光谱与介电环境的关系[J]. 李秀燕,杨志林,周海光. 云南大学学报(自然科学版). 2005(S1)
[3]镍电极的表面增强拉曼散射机理初探[J]. 杨志林,吴德印,姚建林,胡建强,任斌,田中群,杨志林,周海光. 科学通报. 2002(13)
博士论文
[1]金属纳米颗粒的光纤传感器研究[D]. 谢志国.中国科学技术大学 2009
[2]金属基元的电磁材料中负折射现象的数值研究[D]. 董正高.南京大学 2006
本文编号：3283872
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