本文關(guān)鍵詞：四氧化三鐵及其金銀納米復(fù)合物的光學(xué)特性研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：四氧化三鐵(Fe3O4)及其貴金屬金銀雜化復(fù)合物由于其獨(dú)特的光學(xué)性質(zhì),如光限幅、表面增強(qiáng)的磁旋光和雙光子熒光鏡像等,近年來(lái)是科學(xué)和技術(shù)研究的熱點(diǎn)之一。到目前為止,四氧化三鐵以及金銀四氧化三鐵復(fù)合物的吸收譜及近電場(chǎng)的系統(tǒng)研究還比較欠缺。本文中,我們理論上研究了各種形貌尺寸的四氧化三鐵納米粒子的吸收譜和局域電場(chǎng)的變化規(guī)律,給出了初步的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。并以此為基礎(chǔ),理論上研究了金-四氧化三鐵(Au-Fe3O4)和銀-四氧化三鐵(Ag-Fe3O4)二聚體的表面等離子體共振電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)以及銀-四氧化三鐵-金(Ag-Fe3O4-Au)三聚體在單色平面光驅(qū)動(dòng)下的動(dòng)力學(xué)特性。具體工作如下:研究了四氧化三鐵納米粒子的吸收效率和局域電場(chǎng)的變化規(guī)律與物理機(jī)制。采用離散偶極子近似計(jì)算了Fe3O4納米球、納米立方體、納米圓柱體和納米盤(pán)的吸收效率以及局域表面電場(chǎng)分布,并利用電靜態(tài)近似理論來(lái)驗(yàn)證和解釋離散偶極子近似的計(jì)算結(jié)果。四氧化三鐵納米粒子的吸收效率和吸收峰的位置與入射光的波長(zhǎng)、粒子形貌尺寸、粒子取向以及周?chē)h(huán)境介質(zhì)折射率密切相關(guān)。結(jié)果表明其吸收效率隨粒子有效半徑的增大而增大,并且粒子周?chē)橘|(zhì)折射率增大,兩個(gè)吸收峰均發(fā)生紅移。目標(biāo)粒子相對(duì)入射光取向不同,對(duì)應(yīng)的退極化因子不同,隨之產(chǎn)生的吸收效率和吸收峰的位置會(huì)發(fā)生變化。增大粒子縱橫比和環(huán)境介質(zhì)折射率可以使吸收峰位置的紅移達(dá)到最大。另外,對(duì)于四氧化三鐵納米粒子,表面電場(chǎng)極大值的實(shí)部大于虛部,而四氧化三鐵極化率的實(shí)部與電場(chǎng)極大值的實(shí)部線性相關(guān),因此表面電場(chǎng)極大值的變化趨勢(shì)和四氧化三鐵極化率的實(shí)部類(lèi)似。提出并實(shí)現(xiàn)了氧化沉淀法及改進(jìn)的共沉淀法兩種新的合成四氧化三鐵納米粒子的方法。利用這兩種方法制備出的球狀四氧化三鐵納米粒子粒徑尺寸分別在10.7±2.0 nm和9.6±1.9 nm。改進(jìn)的共沉淀法用煤油和b支鏈伯醇的有機(jī)混合物作為穩(wěn)定劑,用以控制生成粒子的粒徑并提高分散性。氧化沉淀法采用氯化亞鐵-乙醇胺-雙氧水系統(tǒng)來(lái)合成Fe3O4納米粒子,該方法的優(yōu)點(diǎn)是非常簡(jiǎn)單有效。合成出的四氧化三鐵納米粒子的平均晶粒尺寸和飽和磁化強(qiáng)度隨反應(yīng)溶液的PH值和反應(yīng)溫度的增大而增加。另外,對(duì)于粒徑10 nm左右的球狀四氧化三鐵粒子,實(shí)驗(yàn)測(cè)量的消光譜和我們理論計(jì)算的結(jié)果基本上保持一致。首次利用電偶極子振動(dòng)模型來(lái)闡明金屬納米球/非金屬二聚體體系的電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)。作為單體到核殼結(jié)構(gòu)的中間產(chǎn)物,金-四氧化三鐵和銀-四氧化三鐵二聚體表現(xiàn)出顯著的等離子體電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)。我們利用離散偶極子近似系統(tǒng)研究了入射光波長(zhǎng)、粒子取向和金銀納米粒子大小對(duì)Fe3O4內(nèi)部電場(chǎng)的增強(qiáng)效應(yīng)的影響。結(jié)果表明縱向模式中大于等于表面等離子體共振波長(zhǎng)時(shí)電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)是正的,橫向模式中在非共振區(qū)電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)是負(fù)的�？v向模式中在表面等離子體共振波長(zhǎng)附近可以得到最大的電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)。值得注意的是,當(dāng)我們估算此二聚體的電場(chǎng)增強(qiáng)因子時(shí)不能忽略四氧化三鐵納米粒子的存在,因?yàn)樵诙垠w結(jié)構(gòu)中金銀納米球的增強(qiáng)電場(chǎng)幅度和分布都因四氧化三鐵納米粒子的存在而改變。另外,銀納米球的反轉(zhuǎn)電場(chǎng)分布是由于銀消失的介電常數(shù)導(dǎo)致的,此時(shí)其極化率的實(shí)部是負(fù)的。構(gòu)建了銀-四氧化三鐵-金異質(zhì)三聚體并研究了其在單色平面光輻照下的動(dòng)力學(xué)性質(zhì)。我們利用離散偶極子近似計(jì)算了Ag-Fe3O4-Au異質(zhì)三聚體在單色平面光束下的扭矩效率因子、取向平均扭矩效率因子和穩(wěn)態(tài)角速率。結(jié)果表明在銀的表面等離子體共振波長(zhǎng)下,由輻射壓引起的扭矩可以使Ag-Fe3O4-Au納米球或立方體三聚體持續(xù)不斷地順時(shí)針或逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)入射輻射功率達(dá)到I=108-109 W/m2,三聚體粒子的最大穩(wěn)態(tài)角速率可以達(dá)到103-104 rad/s。Ag-Fe3O4-Au納米球和立方體三聚體其穩(wěn)態(tài)角速率曲線的半峰寬分別約為35和68 nm。當(dāng)入射輻射壓能提供持續(xù)不斷的驅(qū)動(dòng)力,這種三聚體陣列可以作為微觀攪拌器或潛在的納米尺度內(nèi)的等離子體發(fā)動(dòng)機(jī)。同時(shí),我們也討論了布朗轉(zhuǎn)動(dòng)和光泳力對(duì)三聚體動(dòng)力學(xué)性質(zhì)的影響。
【關(guān)鍵詞】：吸收譜 離散偶極子近似 局域表面等離子體共振 電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng) 扭矩效率因子
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 緒論12-26
• 1.1 課題背景12-13
• 1.2 Fe_3O_4概述13-14
• 1.3 Fe_3O_4粒子的制備及其光學(xué)性質(zhì)的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.4 Au/Fe_3O_4和Ag/Fe_3O_4復(fù)合物表面增強(qiáng)的光學(xué)性質(zhì)的研究現(xiàn)狀17-21
• 1.5 光控Au和Ag粒子以及光致Au/和Ag/Fe_3O_4復(fù)合物旋轉(zhuǎn)的研究現(xiàn)狀 .. 101.6 本文的主要研究?jī)?nèi)容及研究的目的和意義21-24
• 1.6 本文的主要研究?jī)?nèi)容及研究的目的和意義24-26
• 第2章 Fe_3O_4納米粒子的吸收譜和局域電場(chǎng)的研究26-58
• 2.1 引言26-27
• 2.2 理論分析方法27-30
• 2.2.1 離散偶極子近似27-29
• 2.2.2 電靜態(tài)近似29-30
• 2.3 Fe_3O_4納米粒子的吸收譜30-50
• 2.3.1 Fe_3O_4納米球和納米立方體的吸收譜30-34
• 2.3.2 Fe_3O_4納米圓柱體和納米盤(pán)的吸收譜34-41
• 2.3.3 Fe_3O_4納米球的制備和吸收譜41-50
• 2.4 Fe_3O_4納米粒子的局域電場(chǎng)分布50-53
• 2.5 結(jié)果與討論53-56
• 2.6 本章小結(jié)56-58
• 第3章 Au-Fe_3O_4和Ag-Fe_3O_4二聚體的表面等離子體共振電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)58-78
• 3.1 引言58-60
• 3.2 Fe_3O_4與貴金屬(Au和Ag）納米粒子的介電常數(shù)60-63
• 3.3 Au-Fe_3O_4和Ag-Fe_3O_4二聚體的吸收譜63-65
• 3.4 Au-Fe_3O_4和Ag-Fe_3O_4二聚體的電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)65-75
• 3.4.1 Au-Fe_3O_4和Ag-Fe_3O_4二聚體的結(jié)構(gòu)和局域電場(chǎng)分布65-68
• 3.4.2 電場(chǎng)增強(qiáng)因子與入射光波長(zhǎng)的關(guān)系68-71
• 3.4.3 電場(chǎng)增強(qiáng)因子與入射光偏振方向的關(guān)系71-74
• 3.4.4 Ag-Fe_3O_4二聚體的平均電場(chǎng)增強(qiáng)因子74-75
• 3.5 結(jié)果與討論75-76
• 3.6 本章小結(jié)76-78
• 第4章 Ag-Fe_3O_4-Au三聚體在單色平面光輻照下的定向旋轉(zhuǎn)78-98
• 4.1 引言78-79
• 4.2 理論分析方法79-80
• 4.3 Ag-Fe_3O_4-Au異質(zhì)三聚體的結(jié)構(gòu)80-82
• 4.4 Fe_3O_4和貴金屬（Au和Ag）在單色平面光束輻照下的輻射壓82-85
• 4.5 Ag-Fe_3O_4-Au三聚體在單色平面光束輻照下的扭矩效率因子85-91
• 4.6 Ag-Fe_3O_4-Au三聚體在單色平面光束輻照下的角速率91-93
• 4.7 結(jié)果與討論93-96
• 4.8 本章小結(jié)96-98
• 結(jié)論98-101
• 參考文獻(xiàn)101-113
• 攻讀博士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果113-115
• 致謝115-116
• 個(gè)人簡(jiǎn)歷116

  本文關(guān)鍵詞：四氧化三鐵及其金銀納米復(fù)合物的光學(xué)特性研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：329667