周期性贵金属纳米颗粒阵列的制备及其光学性质的研究

论文摘要

金属纳米颗粒由于其独特的物理化学性质,在光学、电磁学和生物光子学上有广阔的应用前景。尤其是其内部的自由电子在一定的外界电场作用下而产生的表面等离子体共振,可以极大地增强粒子周围的电磁场。对不同结构的金属纳米颗粒的可控制备和对其表面等离子体共振性质的研究,是国际相关研究领域的热点。本文对金纳米颗粒阵列的可控光学性质进行了理论与实验研究:（1）采用纳米球蚀刻技术结合脉冲激光沉积技术,在石英衬底上制备了不同高度的金纳米颗粒阵列,并研究了退火处理对其颗粒形状的影响。通过扫描电子显微镜对纳米球掩膜板和退火前后的金纳米颗粒阵列的表面形貌进行了观测。纳米球掩膜板呈大面积、无缺陷密排。退火前金纳米颗粒为有序分布的三棱柱结构,退火处理会使金纳米颗粒的高度变高,颗粒横截面变圆。（2）通过红外-紫外吸收光谱仪在190nm到900nm波长范围内对其光吸收特性进行了测量,并成功观测到了金纳米颗粒表面等离子体振荡效应引起的光吸收峰。结果表明随着金纳米颗粒高度的增加,其吸收峰的位置向短波方向移动（蓝移）。退火处理后,金纳米颗粒的光吸收峰蓝移,同时吸收峰变强峰宽变窄。并且随着退火处理的温度增高、时间加长,这种趋势就更明显。对金纳米颗粒的光吸收特性进行了基于离散偶极子近似的理论计算,并与实验结果进行了比较,理论计算结果基本与实验结果相符合。（3）同时也对金纳米颗粒的三阶非线性光学特性和铜颗粒的表面氧化层对其光吸收特性的影响作了探索性研究。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 概论
• 1.1 课题研究背景及其目的意义
• 1.2 表面等离子体与贵金属纳米颗粒的研究进展
• 1.2.1 表面等离子体及其应用
• 1.2.2 贵金属纳米颗粒的研究进展
• 1.3 纳米球蚀刻法与二维纳米颗粒阵列
• 1.3.1 纳米球蚀刻法
• 1.3.2 纳米球掩膜板的制备
• 1.4 课题的主要研究内容
• 2 贵金属纳米颗粒阵列的制备
• 2.1 自组装纳米球掩膜板的制备和观测
• 2.1.1 纳米球掩膜板的制备过程
• 2.1.2 纳米球掩膜板的表面形貌
• 2.2 周期性贵金属纳米颗粒阵列的制备与观测
• 2.2.1 脉冲激光沉积技术
• 2.2.2 周期性纳米颗粒的制备与表面形貌
• 2.3 退火处理对纳米颗粒阵列的影响
• 3 贵金属纳米颗粒阵列的光学性质
• 3.1 贵金属中的表面等离子体
• 3.2 金纳米颗粒阵列的UV 吸收光谱特性
• 3.2.1 沉积时间不同的Au 纳米颗粒阵列
• 3.2.2 退火时间不同的Au 纳米颗粒阵列
• 3.2.3 不同沉积时间退火时间相同的Au 纳米颗粒阵列
• 3.3 铜纳米颗粒阵列的UV 吸收光谱特性
• 3.4 金纳米颗粒阵列的三阶非线性效应
• 3.4.1 Z 扫描系统简介
• 3.4.2 Z 扫描系统测量Au 纳米颗粒阵列的三阶非线性效应
• 4 离散偶极子近似计算
• 4.1 离散偶极子法介绍
• 4.2 基于离散偶极子法的理论计算
• 4.2.1 横截面相同而高度不同的Au 纳米颗粒
• 4.2.2 不同退火处理对同一Au 纳米颗粒UV 光谱的影响
• 4.2.3 相同退火处理对不同Au 纳米颗粒UV 光谱的影响
• 5 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录1 攻读学位期间发表论文目录