基于金属纳米颗粒光热效应的空间温度分布调控

摘要

在外界光场的驱动下，金属纳米颗粒表面自由电子能够集群运动，形成局域表面等离子激元振荡(localized surface plasmons resonance)。这种振荡模式能够强烈地捕获入射光并将其转化为热能，形成纳米热源，由于其产热效率高、操控灵活、高度局域化等特点，成为表面等离激元光学研究的一个重要方向。在癌症治疗、化学催化、热成像、热调制、光学吸收器等领域显示出光明的应用前景。同时，由纳米热源激发的一系列微秒的物理化学过程也引起人们的极大兴趣，而要操控这些过程，就需要能动态地远程控制纳米尺度空间上的温度分布。
　　在本文中，我们利用金属纳米颗粒组装体独特的光学性质，提出了一种能灵活调控纳米尺度空间温度分布的方法。我们发现通过旋转入射光的偏振方向，可以在等离激元组装体中动态地分配热源，从而引导纳米尺度空间上的温度重新定位和分布。本文主要做了两方面的工作。
　　第一个方面研究了纳米颗粒集群的光学性质。首先研究了二聚体的光学性质，发现其支持的gap模式吸收强度对偏振方向非常敏感;接着以三聚体为例，全面研究了三聚体光学吸收特性，发现在gap模式的共振波长上，三个球体呈现出很大吸收对比度，而这种吸收对比度由偏振方向决定，由此可以通过调节入射光偏振方向来分配三个颗粒之间的热量。
　　第二个方面研究了纳米颗粒组装体在吸收光能后的热传输效应。计算了三聚体颗粒温度分布，发现在纳米尺度的间隔内，三个颗粒之间仍然可以实现很大的温度差值。接着研究了三聚体结构参数变化对颗粒之间温度差值的影响，发现颗粒之间的温度差值不仅仅由吸收的能量差值决定，相互之间的热交换也起着很大的作用。
　　实现纳米尺度空间温度分布调控为远程操控由纳米热源激发的一系列物理和化学过程提供了可能。

目录

声明

致谢

摘要

1．绪论

1．1 学科背景综述

1．2 光热效应的前沿领域

1．3 问题的提出

1．4．本文主要工作

第二章 局域表面等离激元基本理论

2．1 金属材料的光学参数

2．2 传播型表面等离激元简介

2．3 局域型表面等离激元震荡

2．3．1 单个金属纳米颗粒局域震荡模

2．3．2．金属纳米颗粒之间的近场相互作用

2．3．3 其他类型的局域等离激元振荡模式

2．4 纳米颗粒组装体的制造方法

2．5 本章小结

第三章．金属纳米颗粒的光热效应

3．1 金属纳米颗粒的吸收

3．2 金属纳米颗粒的稳态温度响应

3．3 金属纳米颗粒的瞬态温度响应

3．4 纳米颗粒组装体的热传输效应

3．5 光热效应的数值仿真技术简介

3．6 本章小结

第四章 纳米尺度空间上的温度分布调控

4．1 金属纳米颗粒组装体的吸收特性

4．1．1 金属纳米颗粒二聚体的光吸收特性

4．1．2 金属纳米颗粒三聚体的光吸收特性

4．2 三聚体中的热扩散

4．3 结构参数影响

4．4 本章小结

第五章 论文总结与展望

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间发表的论文