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金银核壳结构复合纳米颗粒的消光特性研究

光散射学报 2014年第3期26卷 248-252页

作者：何冰霍义萍赵婷安斓陕西师范大学物理学与信息技术学院西安710062

利用离散偶极近似(Discrete Dipole Approximation-DDA)算法,从理论上模拟分析了金银核壳结构复合纳米颗粒的消光光谱以及不同核壳厚度、不同介质折射率情况下峰位的变化情况。研究结果表明,随着壳层厚度的增加,复合纳米颗粒的消光谱线... 详细信息

利用离散偶极近似(Discrete Dipole Approximation-DDA)算法,从理论上模拟分析了金银核壳结构复合纳米颗粒的消光光谱以及不同核壳厚度、不同介质折射率情况下峰位的变化情况。研究结果表明,随着壳层厚度的增加,复合纳米颗粒的消光谱线先逐渐形成两个与单质金属纳米颗粒相似的消光峰,后又逐渐合为一个半峰宽度较宽的消光峰;在不同介质环境中复合纳米颗粒的消光峰都随着介电常数的增大出现红移;无论是作为核层还是壳层,银对总体消光谱线的作用都要比金强。

关键词：离散偶极近似(DDA) 金/银核壳结构消光光谱

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金属双纳米棒表面等离子体耦合共振特性研究

华南师范大学学报（自然科学版） 2013年第4期45卷 69-72页

作者：刘海英华南师范大学信息光电子科技学院广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室广东广州510006

利用离散偶极子近似法,研究了金纳米棒双体结构之间的表面等离子体耦合共振特性.结果表明,当纳米棒之间的排列方式和间距改变时,其表面等离子体共振消光峰发生红移或者蓝移,适当间距的金纳米棒双体结构可以产生更强的局域表面增强电场.... 详细信息

利用离散偶极子近似法,研究了金纳米棒双体结构之间的表面等离子体耦合共振特性.结果表明,当纳米棒之间的排列方式和间距改变时,其表面等离子体共振消光峰发生红移或者蓝移,适当间距的金纳米棒双体结构可以产生更强的局域表面增强电场.计算结果对于金纳米棒在纳米探测、纳米催化和生物传感等方面的应用具有一定的参考价值.

关键词：金属双纳米棒消光光谱场分布表面等离子体激元耦合

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金纳米棒熔化过程中折射率敏感度变化研究

内蒙古师范大学学报（自然科学汉文版） 2013年第4期42卷 405-408页

作者：刘海英华南师范大学信息光电子科技学院广东省微纳光子功能材料与器件重点实验室广东广州510006

利用离散偶极子近似法,研究在不同折射率溶液中,金纳米棒熔化时局域表面等离子共振波长和折射率传感灵敏度的变化.结果表明,金纳米棒在熔化过程中体积不变但长径比变小,并且折射率传感灵敏度随之减小,在合适的长径比时可以得到较大的折... 详细信息

利用离散偶极子近似法,研究在不同折射率溶液中,金纳米棒熔化时局域表面等离子共振波长和折射率传感灵敏度的变化.结果表明,金纳米棒在熔化过程中体积不变但长径比变小,并且折射率传感灵敏度随之减小,在合适的长径比时可以得到较大的折射率灵敏度,长径比为1∶1(金纳米球)时折射率灵敏度显著降低.

关键词：金纳米棒离散偶极子近似消光光谱折射率传感

基于贵金属复合纳米粒子消光式LSPR传感特性的研究

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基于贵金属复合纳米粒子消光式LSPR传感特性的研究

作者：褚丽阳燕山大学

学位级别：硕士

以贵金属复合纳米粒子局域表面等离子体共振特性为基础的光传感技术在制作生物光传感器、加速光热催化等生物医药学领域潜力巨大。本文为构建新型LSPR纳米复合结构粒子以及“贵金属纳米消光式传感检测”提供了新的传感模型和传感理论依... 详细信息

以贵金属复合纳米粒子局域表面等离子体共振特性为基础的光传感技术在制作生物光传感器、加速光热催化等生物医药学领域潜力巨大。本文为构建新型LSPR纳米复合结构粒子以及“贵金属纳米消光式传感检测”提供了新的传感模型和传感理论依据,主要研究工作包括:首先,在表面等离子体共振理论和经典纳米粒子理论模型的基础上,选用了离散偶极近似计算法结合仿真软件DDSCAT对文中纳米粒子结构局域表面等离子体共振的产生及粒子的消光特性进行了模拟研究。其次,研究了二层金基、银基的金属/化合物复合核壳纳米粒子消光特征的影响因素;利用消光效率值、可视化电场强度图分别反映了定向波长下的消光特性和定值波长下的电场分布规律;将基于杂化理论不同核壳比的纳米粒子消光光谱做对比后,分别对SiN/Ag、TiO/Ag和ITO/Ag复合纳米粒子的电子密度降低能力以及ITO/Au、TiO/Au和SiN/Au纳米粒子的消光能力进行了由高到低的排序。接着,设计了二层ITO/Au纳米核壳二聚体的金基复合纳米粒子结构和与之对应的双对称探针消光式传感体系;模拟了粒子不同核壳比、二聚体间距和不同介质折射率下的可见光-红外光波段的消光光谱;根据环境折射率与耦合偶极共振、耦合八极共振之间的响应关系得到了粒子的折射率灵敏度,发现粒子具备高灵敏度的折射率检测性能并呈现出良好的线性折射率检测关系。最后,提出了三层Au、ITO、Ag材料下完整球状与破缺球状的纳米粒子核壳结构,并依此设计出对入射光具有敏感和依赖的Au/ITO/Ag双对称破缺二聚体类领结粒子结构;对该结构的LSPR共振峰和LSPR共振场强进行了运算模拟;利用乙二醇液体浓度与折射率关系建立了类领结粒子的液体浓度传感模型;研究发现,Au/ITO/Ag双对称破缺二聚体类领结粒子在增强和收集LSPR局域电场以及LSPR浓度传感检测方向都具有独特而深入的研究价值和意义。

关键词：局域表面等离子体共振贵金属复合纳米粒子消光光谱传感特性

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贵金属纳米粒子的消光特性研究

贵金属纳米粒子的消光特性研究

作者：何冰陕西师范大学

学位级别：硕士

贵金属纳米材料由于其良好的光电学特性近年来备受科研人员关注,也成为了各个领域的研究热点。其独特的量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等已被广泛应用于物理、化学、生物、通信等诸多领域。本文利用了基于有限元法（FEM... 详细信息

贵金属纳米材料由于其良好的光电学特性近年来备受科研人员关注,也成为了各个领域的研究热点。其独特的量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等已被广泛应用于物理、化学、生物、通信等诸多领域。本文利用了基于有限元法（FEM）的商业软件Comsol Multiphysics,从理论上系统地研究了球状银纳米粒子、椭球体银纳米粒子、圆柱体银纳米粒子、金银核壳结构纳米粒子的消光特性。计算结果表明,对于单质银纳米粒子而言,其消光特性受尺寸、形貌等诸多因素影响：球状银纳米粒子的消光光谱出现了一个较明显的消光峰,椭球体银纳米粒子的消光光谱出现了两个较明显的消光峰,圆柱体银纳米粒子的消光光谱出现了三个较明显的消光峰。随着尺寸参数的增大,球状银纳米粒子的消光峰出现了明显的红移,半峰宽度增大,对光的散射作用也在逐渐增强;椭球体银纳米粒子和圆柱体银纳米粒子短波长处的消光峰基本没变化而长波长处的消光峰出现了明显的红移,同时散射谱的相对强度逐渐增大,吸收谱的相对强度逐渐减小。对于核壳结构贵金属纳米粒子而言,其消光特性受物质组分、尺寸、形貌等因素的影响：随着壳层厚度的增加,Ag@Au和Au@Ag核壳结构纳米粒子的消光谱线先逐渐形成两个与单质金属纳米粒子相似的消光峰,后又逐渐合为一个半峰宽度较宽的消光峰。在不同介质环境中Ag@Au和Au@Ag核壳结构纳米粒子的消光峰都随着介电常数的增大出现红移。通过比较拟合关系图可得球状银纳米粒子的消光峰峰位与粒径呈抛物线关系,其他形貌纳米粒子长波长处消光峰峰位与其相关尺寸参数呈线性关系。入射光不同的偏振方向对得到的消光谱也有影响,不同的入射光偏振方向将得到不同的吸收、散射和消光峰,而对不同入射光偏振方向平均后,理论上将得到分解后各个偏振方向消光光谱的叠加。

关键词：银纳米粒子金—银核壳结构局域表面等离子体共振消光光谱

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DDA方法研究金属纳米壳层结构的光学性质

DDA方法研究金属纳米壳层结构的光学性质

作者：汪杰明华中科技大学

学位级别：硕士

金属纳米颗粒的光学性质以及表面增强拉曼散射（SERS）是近年纳米材料科学研究中的热点。金属纳米颗粒特别是贵金属纳米颗粒不同于块体材料，也不同于其他绝缘纳米材料，具有体积效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等诸多... 详细信息

金属纳米颗粒的光学性质以及表面增强拉曼散射（SERS）是近年纳米材料科学研究中的热点。金属纳米颗粒特别是贵金属纳米颗粒不同于块体材料，也不同于其他绝缘纳米材料，具有体积效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应等诸多特质，这也导致了其具有局域表面等离子体共振这一特殊现象。对于不同形状的金属纳米颗粒，其等离子体共振峰波长也随形状变化，我们通过调节其形状参数，就可以调控等离子体共振峰位，得到指定波长近场增强效应明显的金属纳米颗粒材料。基于此共振特性，金属纳米颗粒材料有单分子探测、化学和生物分子的表面增强光谱、介电环境探测等诸多应用。本文采用离散偶极近似（DDA）的方法，对金纳米椭球壳层结构的光学性质进行了深入研究。首先对金纳米球形颗粒以及椭球颗粒的消光光谱进行计算，并与实验结果等其他方式获得消光光谱进行了比较，结果相当一致，这表明DDA方法是一种有效的研究金纳米颗粒光学性质的手段。通过计算不同形状参数的金纳米椭球壳的消光光谱，给出其等离子体共振吸收峰随壳层比、尺寸、层数等参量变化的性质，并尽可能的给出了拟合公式。金纳米椭球壳的等离子体共振吸收峰随壳层比减小、尺寸增大、层数增多会呈现红移。通过调节金属壳层结构的尺寸等参数，就可以依照拟合规律控制其等离子体共振峰的峰位。最后本文同样采用离散偶极近似的方法计算了金纳米壳层结构的近场分布，并对随形状参数的变化规律进行了初步探讨。

关键词：离散偶极近似金纳米颗粒壳层结构消光光谱近场分布

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纳米结构金属表面等离子体共振的理论研究

纳米结构金属表面等离子体共振的理论研究

作者：柴雅婷东北石油大学

学位级别：硕士

表面等离子体共振技术(Surface Plasmon Resonance,SPR)是近年来非常热门的新型光学传感技术,它对介质折射率的微小变化极其敏感,具有测量精度高、易实现传感器微型化、样品无需标记和无背景干扰等诸多优点,在生物医学、食品安全检测、... 详细信息

表面等离子体共振技术(Surface Plasmon Resonance,SPR)是近年来非常热门的新型光学传感技术,它对介质折射率的微小变化极其敏感,具有测量精度高、易实现传感器微型化、样品无需标记和无背景干扰等诸多优点,在生物医学、食品安全检测、石油化学等领域应用前景广阔。SPR传感特性与贵金属的纳米结构有密切联系,材料的微观结构、纳米晶粒尺寸、形状对局域光谱特性有显著影响。本文首先介绍SPR传感技术及金属纳米颗粒的研究现状和发展趋势,然后基于表面等离子体共振传感模型,采用离散偶极近似方法对多种尺寸、形状、结构金属纳米粒子的SPR现象进行仿真。在仿真中,针对不同尺寸的单个球形、棒状、立方体形的纳米粒子以及两个、四个、八个球形纳米粒子不同排列结构,分析其对应的消光光谱,阐明纳米粒子结构对消光光谱的响应规律。研究结果表明,随着贵金属纳米粒子尺寸的增大,消光光谱共振波长发生红移,且共振峰强度增强,纳米粒子的共振波长与粒子尺寸近似呈线性关系。研究还发现,不同形状单个纳米粒子形状越尖锐,灵敏度越高;直线排列结构的球形纳米粒子消光光谱随尺寸变化的规律与单个纳米粒子随尺寸变化的规律相同,但随粒子个数的增加,红移变化量降低;此外,平面排列结构的球形纳米粒子消光光谱有多个共振峰,随粒子尺寸的增大,共振峰均红移,且共振强度均逐渐增强,后一个共振峰总比前一个共振峰的红移变化量大,共振强度增幅亦较大;随着平面排列结构粒子个数的增多,共振强度也有所增强,并且球形纳米粒子立方体结构的消光光谱与平面排列结构的消光光谱变化规律相同。上述研究结果能够为表面等离子体共振传感器的设计和优化提供理论指导。

关键词：表面等离子体共振贵金属纳米粒子消光光谱

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基于DDA理论化合物纳米颗粒消光特性研究

基于DDA理论化合物纳米颗粒消光特性研究

作者：吕靖薇东北石油大学

学位级别：硕士

局域表面等离子体共振(Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR)作为光与金属纳米颗粒表面自由电子相互作用表现出来的一种性质,强烈地依赖于纳米颗粒的形状、尺寸、材料以及外界介质折射率。近年来,许多化合物与金、银组成的复合纳... 详细信息

局域表面等离子体共振(Localized Surface Plasmon Resonance,LSPR)作为光与金属纳米颗粒表面自由电子相互作用表现出来的一种性质,强烈地依赖于纳米颗粒的形状、尺寸、材料以及外界介质折射率。近年来,许多化合物与金、银组成的复合纳米结构因其在可见到近红外区域连续可调节的优点具有新颖功能和特性,可应用于表面增强拉曼散射、生物传感以及光催化等领域。本文采用离散偶极近似方法(discrete dipole approximation,DDA)考察纳米颗粒材料、尺寸、介质折射率等参数对金属/化合物多层核壳结构和球面楔形结构消光特性的影响,并利用等离激元杂化理论对其物理本质进行阐述。仿真结果表明,金属/化合物二层纳米核壳结构的表面等离子体共振峰峰位随外界介质折射率和颗粒核壳比的增大逐渐红移;银壳与化合物之间存在显著的电子迁移现象,相同球径的银表面电子密度降低程度由高到低为Cd S/Ag、Zn S/Ag、ITO/Ag;另外,相同尺寸纳米核壳的消光能力由强到弱依次是ITO/Au、Nb-Sn/Au、Cd S/Au。研究发现,Au/interlayer/Ag三层核壳纳米颗粒、Ag/ITO/Cd S/SiO四层核壳纳米颗粒以及Ag/ITO球面楔形结构纳米颗粒的消光峰峰位不仅与各层厚度、材料、颗粒间距有关,而且对外界介质折射率极为敏感。中间层材料对三层纳米核壳的消光性能有显著影响,当中间层材料为Air和Cu时,Au/interlayer/Ag三层核壳结构的偶极共振峰峰位随金核半径的增大而红移,且只有一个共振峰;固定中间层材料为ITO时,Au/interlayer/Ag三层核壳结构三个能量模式(?)、(?)和(?)随金核半径及外界介质折射率的增大而红移。Ag/ITO球面楔形结构纳米颗粒的电场强度主要分布在颗粒缝隙部分,中心点电场强度最强。

关键词：局域表面等离子体共振金属/化合物多层纳米核壳球面楔形结构纳米颗粒消光光谱离散偶极近似方法

石墨烯等离激元分子中Fano共振现象的研究

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石墨烯等离激元分子中Fano共振现象的研究

作者：周亨杰华侨大学

学位级别：硕士

等离激元分子(PMs)类似于原子与分子系统,通过在人工设计组装的结构里不同的表面等离激元模式之间通过强耦合作用的情况下所形成具有共有化行为的纳米结构。在之前的研究中,传统贵金属材料(比如金与银)通过设计处理成各个形状的颗粒(如... 详细信息

等离激元分子(PMs)类似于原子与分子系统,通过在人工设计组装的结构里不同的表面等离激元模式之间通过强耦合作用的情况下所形成具有共有化行为的纳米结构。在之前的研究中,传统贵金属材料(比如金与银)通过设计处理成各个形状的颗粒(如圆球、圆环、圆盘和三角形等)通过规则排列被广泛构成不同的等离激元分子结构。并且,在此结构下所计算的消光光谱中,两种相位相反的模式(即亮模式与暗模式)在共振频率范围内进行重叠,通过相消干涉从而形成具有不对称线型的Fano共振。然而,由于贵金属中存在着较高的欧姆损耗,以及介电常数改变的障碍,Fano共振的质量无法进一步得到提升。同时,一旦PMs的几何结构被确定下来,其工作波长较难进一步得到调控。因此,与贵金属材料相比,较高的限制能力、较低的欧姆损耗和可通过化学势进一步调节控制电磁行为的优点使得石墨烯材料构成的等离激元分子在研究Fano共振的现象和应用具有重要的意义。本论文通过COMSOL仿真软件,以石墨烯纳米圆盘构成了不同的等离激元分子结构,分别研究了几种石墨烯等离激元分子结构中Fano共振的电磁特性,其内容与获得的结论如下:1.通过石墨烯六聚体和加入一个中心处石墨烯纳米圆盘形成的七聚体研究了Fano共振形成的机理并探究了不同位置的纳米圆盘对石墨烯七聚体的集体行为的影响。首先,在由六个相同参数的石墨烯纳米圆盘均匀放置在一个环上形成的石墨烯六聚体中加入了一个中心石墨烯纳米圆盘,计算后发现了光谱中出现两个不对称且不同频率处的共振峰以及夹在两个共振峰中间的一个低谷。通过与石墨烯六聚体产生的单个共振峰的近场分布相对比,Fano共振独特的线形可以用两个独立的子群模式进行叠加来解释,即环模式和中心模式。此外,通过调控该PM中心处一个石墨烯纳米圆盘的化学势,可以获得更高质量的Fano共振线形。于此之外,我们还分别讨论了单个石墨烯纳米圆盘和双个不同位置的石墨烯纳米圆盘对Fano共振调制的机制。本文所提出的纳米结构可能在化学和生物化学传感领域有广泛的应用,并为更复杂的石墨烯聚合物的研究铺平道路。2.在石墨烯七聚体的基础上提出了具有多环结构的石墨烯等离激元超分子,探究了产生多重Fano共振的机理。研究发现,在不改变对称性质的情况下,通过向七聚体中添加额外的12个环纳米圆盘形成了具有19个石墨烯纳米圆盘的超分子结构,并在消光光谱中发现并探究了两个不同波长处Fano共振的产生原理。通过最外环处纳米圆盘化学势的增加,发现短波处的FR模式首先被调控,而当最外环处化学势在此基础上再次被增加时,FR模式被缓慢调节。然而,通过对中间环处纳米圆盘的控制可以实现FR和FR模式之间的选择性激发和竞争。此外,一个简单的石墨烯三聚体模型用于了解石墨烯等离激元超分子各环化学势的改变所产生的变化规律。论文中所提出的具有优异性能的石墨烯纳米结构可能在光物质相互作用、化学和生物化学传感、纳米天线、表面增强拉曼散射和单分子检测等其它领域中得到广泛的应用。

关键词：石墨烯纳米圆盘多重Fano共振等离激元分子消光光谱纳米器件