太赫兹波段碳纳米管表面增强拉曼散射研究

发布时间：2017-09-10 15:17

  本文关键词：太赫兹波段碳纳米管表面增强拉曼散射研究

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【摘要】：拉曼光谱是一种具有独特“身份识别”功能的物理量,被广泛的应用于各种探测和检测中。表面增强拉曼散射(SERS)则可以弥补拉曼信号微弱的不足,更好的发挥拉曼光谱技术的应用作用。太赫兹技术在检测、通信、医疗、安全等领域也有很广泛的应用。碳纳米管作为理想的一维材料,在力学、电学、光学和热学等方面都有着其他材料无可比拟的优势。如果将这三种技术关联应用,在研制具有高精度、高效率、小体积的新型检测和探测器上面会有更显著的突破。课题主要完成了下列工作:1、详细的阐述了上述三种技术的原理、发展与应用情况。重点解释了拉曼散射的原理与产生原因、时域有限差分法(FDTD)的基本原理。2、通过对金属介电常数的说明,引出了实验中所使用碳纳米管的介电常数计算公式。然后阐述了基底物质填充碳纳米管情况下的复介电常数计算方法。3、根据上面的理论,引出了等效碳纳米管模型。利用FDTD-Solutions工具,分别对纯碳纳米管和等效的模型进行数值模拟。结果发现,在等效模型中,由于填充的基底材料与碳原子之间存在耦合效应,使得等效模型的SERS效应优于不添加基底材料的模型。模拟中最强的增强系数能够达到1.5x106。4、最后讨论了计算模型中纳米粒子小球的SERS电磁增强规律。不论是固定小球间距离改变小球半径,还是固定小球半径改变小球之间距离,区域电磁增强效果都是先增大后减小。只有两个变量在符合一定比值,且球的尺寸与入射光波长相匹配的情况下才能产生最强的SERS现象。
【关键词】：太赫兹 SERS FDTD 碳纳米管 纳米粒子
【学位授予单位】：天津理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O613.71;TB383.1
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 绪论9-18
• 1.1 太赫兹波9-10
• 1.1.1 太赫兹波的发展9-10
• 1.1.2 太赫兹波应用10
• 1.2 碳纳米管10-16
• 1.2.1 碳纳米管的分类11-12
• 1.2.2 碳纳米管的制备12-14
• 1.2.3 碳纳米管的性质、发展与实际运用14-15
• 1.2.4 碳纳米管的不足15-16
• 1.3 表面增强拉曼散射研究进展16
• 1.4 论文主要内容与创新点16-18
• 第二章 拉曼散射和表面增强拉曼散射18-23
• 2.1 光的散射18
• 2.2 拉曼散射18-19
• 2.2.1 拉曼散射18
• 2.2.2 拉曼散射的原理18-19
• 2.3 表面增强拉曼散射19-22
• 2.3.1 表面增强拉曼散射增强机制20-22
• 2.3.1.1 电磁场增强机制20-22
• 2.3.1.2 化学增强机制22
• 2.3.2 当前SERS光谱研究所面临的问题22
• 2.4 本章小结22-23
• 第三章 时域有限差分法23-37
• 3.1 时域有限差分法基本理论23-27
• 3.1.1 FDTD的Yee元胞23-24
• 3.1.2 FDTD差分方程24-27
• 3.1.2.1 电场随时间变化的差分形式25-26
• 3.1.2.2 磁场随时间变化的差分形式26-27
• 3.2 数值的稳定性27-28
• 3.3 数值色散28-29
• 3.4 吸收边界问题29-36
• 3.4.1 PEC和PMC边界条件29-30
• 3.4.2 Mur吸收边界条件30-32
• 3.4.3 PML完全匹配层吸收边界32-36
• 3.5 本章小结36-37
• 第四章 理论模型及其介电常数计算37-41
• 4.1 金属的介电常数37-38
• 4.2 碳纳米管的介电常数38
• 4.3 介电常数的计算38-40
• 4.4 本章小结40-41
• 第五章 碳纳米管的SERS增强情况41-48
• 5.1 拉曼增强的解释41
• 5.2 计算模型及参数设置41-42
• 5.2.1 计算模型41-42
• 5.2.2 参数设置42
• 5.3 两种模型增强效果的对比42-44
• 5.4 CNT纳米粒子的SERS增强规律44-47
• 5.5 本章小结47-48
• 第六章 总结与展望48-49
• 参考文献49-53
• 发表论文和科研情况说明53-54
• 致谢54-55

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本文编号：825012