纳米金属薄膜介电函数及吸波性能的研究

论文摘要

纳米金属薄膜作为一类新型的功能材料,由于量子尺寸效应、小尺寸效应等独特的光学、电学、磁学等特性,因而具有良好的应用前景,引起了广泛的关注。本论文主要对纳米金属薄膜介电函数及吸波性能进行了研究。首先,在经典洛伦兹振子模型的基础上加入了有效场的概念；其次,选用有效媒质理论,在分析纳米金属薄膜介电函数与频率关系的同时,讨论了有效媒质理论中金属微粒体积分数与薄膜厚度的关系；最后,针对金属薄膜结构,从理论上分析了各组成部分对其吸波性能的影响,并与实验结果进行了比对。论文共分为三个部分,在绪论部分,综述了上世纪七十年代到本世纪初国内外科研人员对纳米金属薄膜材料的制备及介电性质研究的概况,特别关注了纳米薄膜制备条件、形状及空间分布对薄膜电学、光学等性质的影响。第二章中在经典洛伦兹振子模型基础上考虑了退极化场的作用,推导出金属的介电函数,介绍了描述复合薄膜体系介电性质的Maxwell-Garnett、Bruggeman和Ping Sheng有效媒质理论以及所对应的体系微结构,也给出了多层吸波材料对斜入射电磁波的反射率公式。在第三章,将Al膜和Ni膜反射率理论值和实验值进行了计算与比较,讨论了三种有效媒质理论的适用性及金属纳米结构各组成部分对材料吸波性能的影响,同时分析了实验结果和理论曲线差异的原因。得到以下主要结果：（1）在经典洛伦兹模型的基础上考虑了退极化场作用后,对金属介电函数进行了修正,得到了介电函数随电磁场频率的变化规律；（2）不同有效介质理论适合描述不同结构的介电性质。就纳米金属薄膜结构吸收峰的峰位、强度和峰形而言,Bruggeman理论要比Maxwell-Garnett和Ping Sheng理论结果好；（3）纳米金属薄膜结构中金属颗粒的类型、衬底的厚度、金属薄膜尺寸大小分别决定了材料吸收峰的强度、峰位及峰形,对纳米金属薄膜结构的电学和光学等性质都有很大的影响。

论文目录

• 中文摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 纳米材料的特性及应用
• 1.2 纳米金属薄膜的特性及应用
• 1.3 纳米金属薄膜的国内外研究现状
• 1.3.1 国外相关的研究
• 1.3.2 国内相关的研究
• 1.4 本论文的研究工作
• 第2章 基础理论及方法
• 2.1 经典电子理论
• 2.1.1 自由电子部分
• 2.1.2 原子实中的束缚电子部分
• 2.1.3 原子系统
• 2.1.4 原子的磁矩
• 2.1.5 外磁场对原子的作用
• 2.1.6 铁磁体磁化矢量的进动方程
• 2.2 有效媒质理论
• 2.2.1 Maxwell-Garnett弥散微结构理论
• 2.2.2 Bruggeman聚集微结构理论
• 2.2.3 Ping Sheng双团簇微结构理论
• 2.3 电磁波在多层吸波材料中的传播
• 第3章 结果与分析
• 3.1 应用经典洛伦兹振子模型讨论金属薄膜介电函数及磁导率
• 3.1.1 外电场对金属介电函数的影响
• 3.1.2 外磁场对金属磁导率的影响
• 3.2 有效媒质理论的应用及讨论
• 3.3 纳米金属薄膜材料吸波性能实验结果与理论分析
• 3.4 小结
• 第4章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 简历