脉冲激光对金属薄膜退火的缺陷诱导效应建模和数值分析

论文摘要

近年来对于金属纳米颗粒的研究日趋高涨。纳米颗粒在生物医学、化学、物理、光纤传感等等方面已经得到了非常广泛的应用。而对于金属纳米颗粒的制备就会显得特别重要,本文即主要研究了激光退火金属膜形成金属纳米颗粒的一些情况。国外学者对于激光退火金属膜从不同角度进行了探索。国外如S.J.Henley等人的在平面上的金属膜用激光退火以后纳米颗粒的研究,发现金属膜首先是先变成一个个的网状结构,随着激光退火时间的持久,最后退火完成结果会形成一个个的金属纳米颗粒。本论文的研究工作主要包括：1.改变衬底的结构,利用规律缺陷的衬底诱导金属膜以期形成规则的纳米颗粒阵列；2.采用不同能量及频率的激光进行多次退火,找到形成规则纳米颗粒阵列所需的条件；3.建立模型对所做实验进行分析,最后用分光光度计对样品进行测量再与显微镜观察的结果进行对比；4.对最后所得到的样品采集得到的数据进行数值分析并和无缺陷面进行对比,明显突出了规则缺陷性衬底所显示出来的优越性。激光退火金属膜有非常广阔的应用前景,本研究的特点就是通过激光诱导缺陷衬底上金属膜,在微观上来改变退火金属膜结构,使其产生很好的诸如反射率等光学性质。其光学性质的测定主要是用分光光度计测定了样品的分光度,并发现随着初始膜厚度的增加有红移现象的出现,这样也从侧面证明了金属纳米颗粒的形成。影响材料的性质的最主要的因素就是其结构的不同,根据这一思路我们期待改变纳米材料内部其颗粒的分布来改善其外部表现的光学性质,比如随着金纳米颗粒之间间距的不同,其对光的反射及透射的程度有所不同,并因此希望可以找出最佳的颗粒间距,以期能改善其在光学的性质上的表现,能够更好的应用于光纤传感领域。最后根据我们的研究成果以及前人的经验,提出了进一步研究方向的前景,希望可以给其他在此领域的研究者以借鉴。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 金属薄膜退火研究的研究背景以及现状
• 1.1.1 制备金属纳米颗粒的一些方法
• 1.1.1.1 化学法
• 1.1.1.2 物理法
• 1.1.1.3 化学物理方法
• 1.2 研究意义
• 1.3 总结
• 第2章 金属纳米颗粒理论模型及数值分析原理
• 2.1 热动力学理论模型
• 2.1.1 耗散模型
• 2.1.2 有关耗散模型的一些结果
• 2.1.2.1 经典去湿机制的耗散关系
• 2.1.2.2 由THs产生的热毛细管力去湿的耗散关系
• 2.2 膜-网-纳米颗粒模型及数值分析原理
• 2.2.1 膜-网过程
• 2.2.2 网-纳米颗粒过程的理论分析
• 2.2.2.1 金属网退火形成金属线的线性稳定性分析
• 2.2.2.2 非线性模拟
• 2.2.3 数值分析原理
• 2.3 本章小结
• 第3章 缺陷衬底结构金属膜退火实验及其建模和研究
• 3.1 样品制备
• 3.1.1 多孔氧化铝衬底
• 3.1.2 多孔氧化铝衬底上镀上金膜
• 3.2 退火机理和建模
• 3.2.1 退火机理
• 3.2.2 退火模型的建立及实验分析
• 3.2.2.1 模型建立
• 3.2.2.2 实验验证及根据模型进行的数据分析
• 3.3 退火实验及数值分析
• 3.3.1 不同厚度同一退火能量对比
• 3.3.2 同一厚度不同退火能量对比
• 3.4 缺陷面与无缺陷面对比
• 3.4.1 纳米颗粒密度变化
• 3.4.2 纳米颗粒直径和平均间距的变化
• 3.5 本章小结
• 第4章 金纳米颗粒的光学性质及数据分析
• 4.1 分光光度法的原理及应用
• 4.1.1 分光光度法的基本原理和分光光度计
• 4.1.1.1 光照和吸光度
• 4.1.1.2 分光光度计
• 4.2 用分光光度计测试样品
• 4.2.1 数据及分析
• 4.2.2 小结
• 4.3 本章小结
• 第5章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢