【摘要】：貴金屬納米顆粒具有獨特的光學特性,當受到特定波段的光的激發(fā)時會引起自由電子集體振蕩,使其自身的吸收和散射顯著增強,這一現(xiàn)象被稱為局域表面等離子共振效應(LSPR)。影響LSPR效應的主要因素有顆粒的形狀,大小,材料及顆粒周圍的介質環(huán)境。當顆粒周圍的介質環(huán)境發(fā)生變化時,會使顆粒的共振頻率發(fā)生改變,基于這一原理,可對顆粒周圍的介質環(huán)境進行探測。本文對貴金屬納米顆粒的探測性能進行了研究,主要工作如下:(1)利用吸收介質中的Mie理論分析周圍介質對顆粒探測性能的影響,并介紹顆粒在氣體探測方面的應用。研究結果表明周圍介質復折射率的實部和虛部均會影響顆粒的光譜,且顆粒的探測性能隨著周圍介質復折射率虛部的增大而下降,當虛部大于一定值后,無法再用顆粒進行探測。此外還介紹了顆粒在氣體探測方面的應用,分別介紹了利用納米顆粒直接進行探測以及利用Ag-Pd核殼結構對氫氣進行探測。(2)利用FDTD軟件計算單個納米顆粒的散射光譜,并分析顆粒的形狀,大小,材料等因素對顆粒探測性能的影響。研究結果表明,顆粒在入射光入射方向上越短,或在入射光極化方向上越長,則它的探測性能越好;顆粒的尺寸越大,則它的折射率靈敏度S越高,FOM值越��；Au,Ag,Cu三種材料中,Ag的探測性能最好,Cu的探測性能最差。(3)利用FDTD軟件計算納米陣列的吸收光譜,并分析顆粒間距對納米陣列探測性能的影響。研究結果表明,當顆粒間距較大時納米陣列的折射率靈敏度S較大,隨著顆粒間距的減小納米陣列的折射率靈敏度S會先減小后增大,且納米陣列的FOM也有相似的變化趨勢。
【圖文】：

邐碩士學位論文逡逑圖２．１所示，計算中使用的光源是總場散射場光源（Ｔｏｔａｌ邋ｆｉｅｌｄ邋ｓｃａｔｔｅｒ邋ｆｉｅｌｄ，邋ＴＦＳＴ），逡逑在光源內部是顆粒與入射光相互作用后的總場，在光源外部是散射場。在光源和逡逑顆粒之間加入一組監(jiān)視器（共六個），將顆粒包圍在一個棱柱空間內，可以求得逡逑顆粒的吸收截面；在光源外加入一組監(jiān)視器，可以求得顆粒的散射截面。因為光逡逑源入射需要有一定的距離，因此為保證計算的準確性，監(jiān)視器不能處于光源的范逡逑圍內。在計算區(qū)域的最外層是ＰＭＬ邊界層，ＰＭＬ邊界層會將光截斷，導致有光逡逑被反射，進而影響散射場，因此要求ＰＭＬ邊界層必須有較大的尺度。逡逑二ｒ逡逑圖２．１邋ＦＤＴＤ計算模型逡逑２．邋２．邋５邋ＦＤＴＤ準確性驗證逡逑ＦＤＴＤ的準確性通過與Ｍｉｅ理論得到的精確解進行對比來驗證。使用的算例逡逑是半徑為２０ｍｎ的球形Ａｇ納米顆粒，周圍介質為真空（折射率為１），光源為逡逑平面波。圖２．２是分別使用ＦＤＴＤ與Ｍｉｅ理論得到的球形Ａｇ納米顆粒在真空中逡逑的吸收因子和散射因子ｇａ＆ＦＤＴＤ計算結果的精確度和網格大小密切相關

邐碩士學位論文逡逑圖２．１所示，計算中使用的光源是總場散射場光源（Ｔｏｔａｌ邋ｆｉｅｌｄ邋ｓｃａｔｔｅｒ邋ｆｉｅｌｄ，邋ＴＦＳＴ），逡逑在光源內部是顆粒與入射光相互作用后的總場，在光源外部是散射場。在光源和逡逑顆粒之間加入一組監(jiān)視器（共六個），將顆粒包圍在一個棱柱空間內，可以求得逡逑顆粒的吸收截面；在光源外加入一組監(jiān)視器，可以求得顆粒的散射截面。因為光逡逑源入射需要有一定的距離，因此為保證計算的準確性，監(jiān)視器不能處于光源的范逡逑圍內。在計算區(qū)域的最外層是ＰＭＬ邊界層，ＰＭＬ邊界層會將光截斷，，導致有光逡逑被反射，進而影響散射場，因此要求ＰＭＬ邊界層必須有較大的尺度。逡逑二ｒ逡逑圖２．１邋ＦＤＴＤ計算模型逡逑２．邋２．邋５邋ＦＤＴＤ準確性驗證逡逑ＦＤＴＤ的準確性通過與Ｍｉｅ理論得到的精確解進行對比來驗證。使用的算例逡逑是半徑為２０ｍｎ的球形Ａｇ納米顆粒，周圍介質為真空（折射率為１），光源為逡逑平面波。圖２．２是分別使用ＦＤＴＤ與Ｍｉｅ理論得到的球形Ａｇ納米顆粒在真空中逡逑的吸收因子和散射因子ｇａ＆ＦＤＴＤ計算結果的精確度和網格大小密切相關
【學位授予單位】：南京理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1;O53

【參考文獻】

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本文編號：2693633