本文關(guān)鍵詞：太赫茲波段碳納米管表面增強(qiáng)拉曼散射研究

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【摘要】：拉曼光譜是一種具有獨(dú)特“身份識(shí)別”功能的物理量,被廣泛的應(yīng)用于各種探測(cè)和檢測(cè)中。表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)則可以彌補(bǔ)拉曼信號(hào)微弱的不足,更好的發(fā)揮拉曼光譜技術(shù)的應(yīng)用作用。太赫茲技術(shù)在檢測(cè)、通信、醫(yī)療、安全等領(lǐng)域也有很廣泛的應(yīng)用。碳納米管作為理想的一維材料,在力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)和熱學(xué)等方面都有著其他材料無可比擬的優(yōu)勢(shì)。如果將這三種技術(shù)關(guān)聯(lián)應(yīng)用,在研制具有高精度、高效率、小體積的新型檢測(cè)和探測(cè)器上面會(huì)有更顯著的突破。課題主要完成了下列工作:1、詳細(xì)的闡述了上述三種技術(shù)的原理、發(fā)展與應(yīng)用情況。重點(diǎn)解釋了拉曼散射的原理與產(chǎn)生原因、時(shí)域有限差分法(FDTD)的基本原理。2、通過對(duì)金屬介電常數(shù)的說明,引出了實(shí)驗(yàn)中所使用碳納米管的介電常數(shù)計(jì)算公式。然后闡述了基底物質(zhì)填充碳納米管情況下的復(fù)介電常數(shù)計(jì)算方法。3、根據(jù)上面的理論,引出了等效碳納米管模型。利用FDTD-Solutions工具,分別對(duì)純碳納米管和等效的模型進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在等效模型中,由于填充的基底材料與碳原子之間存在耦合效應(yīng),使得等效模型的SERS效應(yīng)優(yōu)于不添加基底材料的模型。模擬中最強(qiáng)的增強(qiáng)系數(shù)能夠達(dá)到1.5x106。4、最后討論了計(jì)算模型中納米粒子小球的SERS電磁增強(qiáng)規(guī)律。不論是固定小球間距離改變小球半徑,還是固定小球半徑改變小球之間距離,區(qū)域電磁增強(qiáng)效果都是先增大后減小。只有兩個(gè)變量在符合一定比值,且球的尺寸與入射光波長相匹配的情況下才能產(chǎn)生最強(qiáng)的SERS現(xiàn)象。
【關(guān)鍵詞】：太赫茲 SERS FDTD 碳納米管 納米粒子
【學(xué)位授予單位】：天津理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O613.71;TB383.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第一章 緒論9-18
• 1.1 太赫茲波9-10
• 1.1.1 太赫茲波的發(fā)展9-10
• 1.1.2 太赫茲波應(yīng)用10
• 1.2 碳納米管10-16
• 1.2.1 碳納米管的分類11-12
• 1.2.2 碳納米管的制備12-14
• 1.2.3 碳納米管的性質(zhì)、發(fā)展與實(shí)際運(yùn)用14-15
• 1.2.4 碳納米管的不足15-16
• 1.3 表面增強(qiáng)拉曼散射研究進(jìn)展16
• 1.4 論文主要內(nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)16-18
• 第二章 拉曼散射和表面增強(qiáng)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 表面增強(qiáng)拉曼散射19-22
• 2.3.1 表面增強(qiáng)拉曼散射增強(qiáng)機(jī)制20-22
• 2.3.1.1 電磁場(chǎng)增強(qiáng)機(jī)制20-22
• 2.3.1.2 化學(xué)增強(qiáng)機(jī)制22
• 2.3.2 當(dāng)前SERS光譜研究所面臨的問題22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 第三章 時(shí)域有限差分法23-37
• 3.1 時(shí)域有限差分法基本理論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 電場(chǎng)隨時(shí)間變化的差分形式25-26
• 3.1.2.2 磁場(chǎng)隨時(shí)間變化的差分形式26-27
• 3.2 數(shù)值的穩(wěn)定性27-28
• 3.3 數(shù)值色散28-29
• 3.4 吸收邊界問題29-36
• 3.4.1 PEC和PMC邊界條件29-30
• 3.4.2 Mur吸收邊界條件30-32
• 3.4.3 PML完全匹配層吸收邊界32-36
• 3.5 本章小結(jié)36-37
• 第四章 理論模型及其介電常數(shù)計(jì)算37-41
• 4.1 金屬的介電常數(shù)37-38
• 4.2 碳納米管的介電常數(shù)38
• 4.3 介電常數(shù)的計(jì)算38-40
• 4.4 本章小結(jié)40-41
• 第五章 碳納米管的SERS增強(qiáng)情況41-48
• 5.1 拉曼增強(qiáng)的解釋41
• 5.2 計(jì)算模型及參數(shù)設(shè)置41-42
• 5.2.1 計(jì)算模型41-42
• 5.2.2 參數(shù)設(shè)置42
• 5.3 兩種模型增強(qiáng)效果的對(duì)比42-44
• 5.4 CNT納米粒子的SERS增強(qiáng)規(guī)律44-47
• 5.5 本章小結(jié)47-48
• 第六章 總結(jié)與展望48-49
• 參考文獻(xiàn)49-53
• 發(fā)表論文和科研情況說明53-54
• 致謝54-55

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