本文關(guān)鍵詞：Ag納米粒子在太陽能電池、磁Fano共振和有機物催化方面的應(yīng)用研究

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【摘要】：以表面等離激元(surface plasmon)為基礎(chǔ)的等離激元光學(xué)(plasmonics)已經(jīng)成為物理、化學(xué)、材料和生物領(lǐng)域的研究重點。表面等離激元是由外界入射光電磁場與金屬表面的自由電子相互作用而引發(fā)金屬表面自由電子集體振蕩產(chǎn)生的電磁波。如果入射光的頻率與金屬表面自由電子的固有頻率相一致時,電場就會被局限在金屬表面,并使得金屬周圍的電場增強,這使得金屬與介質(zhì)面產(chǎn)生獨特的光學(xué)性質(zhì)。而納米粒子體系中各粒子間局域表面等離激元耦合也會產(chǎn)生電場增強等光學(xué)現(xiàn)象。通過改變貴金屬納米結(jié)構(gòu)的尺寸金屬,貴金屬的材料,粒子周圍介質(zhì)環(huán)境,入射光的角度和類型等均能夠?qū)庥行Ф珳实恼{(diào)控。這促使亞波長結(jié)構(gòu)的貴金屬結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于光電子器件。現(xiàn)階段貴金屬納米結(jié)構(gòu)已經(jīng)被應(yīng)用到醫(yī)學(xué)、光學(xué)傳感、太陽能電池,生物催化以及天文等多個方面�；诒砻娴入x激元具有的特殊性質(zhì)及其研究現(xiàn)狀,目前大多數(shù)研究已經(jīng)分別在等離子體太陽能電池,生物傳感和光催化等方面都取得了很大的成功,因此本文設(shè)計了不同的貴金屬納米結(jié)構(gòu)體系,分別就這三個方面進行研究和探討,利用基于有限元方法的軟件Comsol Multyphysics模擬分析這三類納米結(jié)構(gòu)的光學(xué)性質(zhì),分析了其對光的吸收,散射和消光特性,通過結(jié)合電場分布,磁場分布,電荷分布和電流密度分布進一步得出產(chǎn)生這些光學(xué)特性的本質(zhì)原因。本研究主要包括三個方面：第一部分：等離子體薄膜太陽能電池通過改進傳統(tǒng)的平滑的薄膜非晶硅太陽能電池表面,設(shè)計其表面成為柵型,進一步在非晶硅的底端置入一排銀納米粒子陣列,分析結(jié)構(gòu)的對可見光的吸收光譜和峰值處的電場分布情況,優(yōu)化模型使得結(jié)構(gòu)在可見光區(qū)域?qū)庥泻軓姾蛯挼奈铡Ｓ嬎銉?yōu)化后模型中非晶硅對太陽光的吸收光譜和效率,光柵型表面有助于等離子體太陽能電池對400～700納米處光的吸收,平均吸收率在90%以上,而電池底端置入的銀納米粒子有助于電池對700～900納米范圍內(nèi)光的吸收。將此模型應(yīng)用于太陽能電池中有利于電池對光的吸收進而提高電池效率。第二部分：納米Y-型裂縫圓盤三聚體中電-磁Fano共振的調(diào)控在普通的銀圓片上,開一個Y-型的裂縫,完整圓盤均分成三個扇形進而形成三聚體,計算納米三聚體在可見光范圍內(nèi)的消光譜,分析消光峰值處的電場分布,磁場分布,電荷分布和電流密度圖,得出此三聚體在長波長處會出現(xiàn)偶極磁共振模式,暗態(tài)磁共振模式和亮態(tài)偶極電共振模式,通過等離激元雜化理論得出,亮態(tài)和暗態(tài)之間耦合能夠形成Fano共振,Fano共振可通過對三聚體的各項參數(shù)進行調(diào)控。這種電-磁之間的Fano共振可應(yīng)用于光學(xué)傳感器中。第三部分：TiO_2/貴金屬核/殼納米結(jié)構(gòu)對光的調(diào)控設(shè)計TiO_2/貴金屬核/殼納米結(jié)構(gòu),分析核/殼結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的模式,改變核／殼比對核/殼納米粒子產(chǎn)生的影響。計算復(fù)合核/殼結(jié)構(gòu)納米粒子對可見光的吸收光譜,能夠?qū)⒓僒iO_2的吸收調(diào)節(jié)至可見光,通過調(diào)節(jié)核/殼比來調(diào)節(jié)粒子共振吸收峰的位置,可將此模型應(yīng)用與對有機物污染物的催化方面。
【關(guān)鍵詞】：表面等離激元 貴金屬納米粒子 等離子體太陽能電池 催化 Fano共振
【學(xué)位授予單位】：陜西師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O614.122;TB383.1
【目錄】：

• 摘要3-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-21
• 1.1 表面等離激元9-10
• 1.2 表面等離激元共振及其性質(zhì)10-11
• 1.3 本文的研究方法11-14
• 1.3.1 Comsol Multyphysics11-14
• 1.3.2 主要公式14
• 1.4 貴金屬納米結(jié)構(gòu)的特點14-19
• 1.4.1 納米結(jié)構(gòu)的四大效應(yīng)14-15
• 1.4.2 貴金屬納米結(jié)構(gòu)共振的調(diào)節(jié)15-19
• 1.5 本文研究內(nèi)容及研究意義19
• 1.6 本文創(chuàng)新點19-21
• 第2章 寬頻吸收的光柵型表面等離子體太陽能電池21-29
• 2.1 引言21-22
• 2.2 模型介紹22-24
• 2.3 結(jié)果與討論24-27
• 2.3.1 光柵型寬度對電池的吸收效率的影響24
• 2.3.2 銀納米粒子位置對吸收效率的影響24-26
• 2.3.3 銀納米粒子半徑對非晶硅吸收效率的影響26
• 2.3.4 周期寬度對非晶硅吸收效率的影響26-27
• 2.4 本章小結(jié)27-29
• 第3章 Y-型裂縫圓盤三聚體的磁性Fano共振研究29-39
• 3.1 Fano共振產(chǎn)生的機理和研究現(xiàn)狀29-30
• 3.2 磁性Fano共振30
• 3.3 圓盤三聚體的結(jié)構(gòu)和方法30-31
• 3.4 結(jié)果與討論31-37
• 3.4.1 三聚體的消光特性31-33
• 3.4.2 裂縫寬度和尺寸對三聚體納米粒子的消光曲線的影響33-35
• 3.4.3 Y-型裂縫位置對三聚體消光特性的影響35-36
• 3.4.4 三聚體對介質(zhì)敏感程度的研究36-37
• 3.5 本章小結(jié)37-39
• 第4章 TiO_2/貴金屬核/殼結(jié)構(gòu)在水中對光的吸收研究39-47
• 4.1 引言39-40
• 4.2 TiO_2/貴金屬核/殼結(jié)構(gòu)模型介紹40
• 4.3 結(jié)果與討論40-46
• 4.3.1 不同半徑TiO_2納米粒子的吸收光譜40-42
• 4.3.2 TiO_2/Ag核/殼結(jié)構(gòu)的吸收光譜42-44
• 4.3.3 TiO_2/Au核/殼結(jié)構(gòu)的吸收光譜44-46
• 4.4 本章小結(jié)46-47
• 第5章 結(jié)論與展望47-49
• 參考文獻49-57
• 致謝57-59
• 攻讀碩士期間的研究成果59

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本文編號：985517