金属纳米粒子局域表面等离子体共振特性研究

摘要

由于尺寸的原因，金属纳米粒子拥有与体相金属完全不同的光学性质，金属纳米粒子能够对特定波长入射光的吸收及散射增强，正因为其独特的光学性质，金属纳米粒子被广泛应用于生物医疗、生物传感、能源、环境等领域。本文利用Mie散射理论及双层同心球Mie理论定量的研究了金纳米球、银纳米球及金银复合纳米球壳的共振光学特性及折射率灵敏度。利用双层同心球Mie散射理论定量的研究了三种常见金属纳米球壳结构的光学特性，并通过改变球壳内外半径的方法得到球壳在特定入射波长下的最佳吸收效率，并将三种球壳的吸收效率进行了对比。最后利用离散偶极子近似方法研究了金属纳米二聚体及由四颗金纳米球组成团簇的光学性质。本文主要研究工作如下：
　　（1）利用Mie散射理论定量的研究了金、银纳米球的消光系数、散射系数及吸收系数随半径及周围环境折射率变化规律，并计算对比了相同条件下金、银纳米球的折射率灵敏度。利用双层同心球Mie散射理论对金银复合纳米粒子的光学特性进行了定量研究，包括金包银纳米球及银包金纳米球的共振消光系数、共振散射系数及共振吸收系数随内核半径、外壳厚度及周围折射率变化规律，并对比了相同条件下金、银纳米球、金包银纳米球壳及银包金纳米球壳的折射率灵敏度。
　　（2）利用双层同心球Mie散射理论定量的研究了三种常见金属纳米球壳的光学特性，三种纳米球壳分别是内核为真空、聚苯乙烯及二氧化硅的金纳米球壳。定量分析了上述三种金属纳米球壳的共振消光系数、共振散射系数及共振吸收系数随内核半径、外壳厚度及周围介质变化的规律。金属纳米球壳在生物医疗中的应用主要是利用其共振吸收性质，为了寻找球壳的最佳尺寸来达到吸收效率的最大值，通过改变球壳内外半径的方法，对上述三种球壳的吸收效率进行了优化，并对三种球壳的吸收效率进行了对比。
　　（3）通过离散偶极子近似方法定量的研究了金属纳米二聚体的共振光学性质，包括由两个金纳米球组成的二聚体结构及由一个金纳米球一个银纳米球组成的二聚体结构的共振消光系数、共振散射系数及共振吸收系数随两颗纳米球间距、球半径及周围折射率的变化规律，最后定量分析了由四颗相同半径金纳米球组成的纳米团簇的消光、散射及吸收谱。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2研究方法介绍

1.3金属纳米粒子应用

1.4本文主要工作

第二章 基本理论介绍

2.1基本概念

2.2金属介电性质

2.3 Mie散射理论

2.4离散偶极子（DDA）方法

2.5 DDSCAT软件简介

2.6本章小结

第三章 金银复合纳米材料光学特性研究

3.1引言

3.2金银纳米球的共振光学特性对比

3.3金银核壳结构共振光学特性

3.4单个金银纳米球与复合金银纳米球壳折射率传感特性比较

3.5本章小结

第四章 几种常见金纳米球壳对光吸收特性的优化

4.1引言

4.2理论介绍

4.3优化结果

4.4本章小结

第五章 二聚体纳米粒子光学特性研究

5.1引言

5.2二聚体光学特性

5.3纳米团簇光学性质

5.4本章小结

第六章 结论与展望

参考文献

致谢

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