银半球壳包覆PS微球的纳米结构制备及非对称光学性质研究

用旋涂法和磁控溅射法在聚苯乙烯微球上包覆了银纳米半球壳.当光从不同方向照射时,样品表现出不同的颜色,该现象归因于银纳米结构的局域化表面等离子体共振效应.利用透射光谱和反射光谱研究了样品的光学性质,并用有限时域差分方法数值模拟了半球壳包裹的PS圆球模型的光谱,解释了非对称光学现象的物理机理.     

金纳米空心半球壳膜的可调谐光学性质研究

以单层聚苯乙烯微球阵列为模板,通过控制其表面金膜蒸镀时间,制备了具有不同厚度的空心半球壳结构的金纳米膜.利用扫描电子显微镜和自制光谱仪分别测量了金膜表面形貌和其透射光谱,并分析了金膜形貌与其光学性质间的关系,同时以4-巯基苯胺为探针分子测定了金膜的表面增强喇曼散射效应.结果表明,该金纳米膜的表面等离子体共振波长随膜厚度增大而发生红移,在可见与近红外波段较宽范围内可调谐,并且,当金膜共振波长与入射激发光波长较近时,探针分子可产生出较强的表面增强喇曼信号.同时,对该现象的产生机制也进行了理论解释.     

一种用于表面等离子体共振传感器的纳米多孔金膜

为了打破传统的表面等离子体共振(SPR)生物传感器灵敏度不高的限制,近年来纳米材料在SPR生物传感器中的运用得到广泛的研究。但是纳米材料的制备一般都比较困难而且费用高昂,这给研究带来了困难。笔者采用化学腐蚀法制备出一种纳米多孔金膜,利用扫描电子显微镜和光谱仪等测试手段对该金膜的结构和光学性质进行了分析,并将该金膜用于SPR生物传感器实验研究。结果表明,与传统的平面金膜相比,该纳米多孔金膜具有独特的局域表面等离子体共振效应。装配有该金膜的SPR生物传感器在对生物试剂的检测中灵敏度有了一定程度的提高,且该金膜的制备方法简单,成本低廉,完全可以替代传统的平面金膜使用。     

单芯帽纳米颗粒的光学性质

基于三维时域有限差分法,计算了非球对称单芯帽纳米颗粒在不同结构参数作用下的局域表面等离子体共振(LSPR)响应。采用模板法和真空蒸镀技术制备了SiO_2@Au芯帽结构纳米颗粒,通过透射电子显微镜和紫外可见近红外分光光度计对其形貌和光学性质进行了测量分析,获得了金壳厚度、芯壳比、芯径和金属表面覆盖率等纳米结构参数对LSPR峰值吸收波长和吸收截面的影响规律。结果表明,芯帽纳米颗粒结构参数的微小改变会导致LSPR峰在可见光到近红外波段的宽带红移。     

金纳米环结构的光学性质研究

采用离散偶极子近似方法(DDA)研究了两种不同形状的金纳米环结构的消光光谱及其近电场分布, 研究了等离子体消光峰的红移、蓝移现象及消光系数与结构参数之间的关系, 并与盘状的金纳米结构进行了比较. 在等离子体共振峰波长入射时, 金纳米环结构比金纳米盘结构产生更大的局域增强电场分布, 横截面为圆形的金纳米环结构比横截面为矩形的结构具有更大的局域增强电场分布, 更适合作为表面增强拉曼散射的衬底. 关键词： 离散偶极子近似 金纳米环 金纳米盘 光学性质     

金属复合纳米粒子的局域表面等离子体特性研究

提出了一种在银层上面覆盖一层金的四棱台复合纳米结构。采用离散偶极子近似(DDA)方法,针对光激发复合金属纳米粒子的局域表面等离子体共振(LSPR)进行研究,讨论了四棱台纳米粒子金银复合结构在不同尺寸、不同混合比等条件下的消光特性及折射率灵敏度。计算结果显示,在银层厚度为50 nm的四棱台纳米粒子上覆盖金层,其折射率灵敏度不变。同时,四棱台银纳米粒子厚度的增加会使其消光峰值波长蓝移。金材料比例的增加会使金银复合纳米结构的消光峰值波长红移。当金银复合结构的纳米粒子的厚度大于自由电子的平均自由程时,其局域表面等离子体激发强度不发生变化。     

金纳米星诊疗剂的光热特性及其在光热治疗和光学相干层析成像中的应用研究

为了开发一种优异的用于光热治疗和光学相干层析成像的金纳米星诊疗剂,对金纳米星的制备、光热特性以及光热治疗和光学相干层析成像中的应用进行研究.利用尖端结构增强金纳米材料的局域表面等离子体共振特性,通过种子介导法制备了多枝化的金纳米星,多尖端的结构使其具有明显的光热效果,并探究了其作为光热治疗的诊疗剂和光学相干层析成像造影...     

金纳米棒核／二氧化硅壳纳米复合结构的可控制备及细胞成像

采用模板合成以及溶胶凝胶方法制备了金纳米棒核／二氧化硅壳（GNR@SiO2）纳米复合粒子,探讨了这种新型纳米复合结构的可控制备、光谱性质、细胞毒性和细胞成像。通过紫外可见分光光度计、透射电镜、共聚焦显微镜对样品进行表征,结果表明：通过对反应时间的调控,获得的纳米复合粒子的二氧化硅壳层厚度可以控制在20～30nm。由于二氧化硅壳层的存在,大大提高了金纳米棒的稳定性,同时降低了金纳米棒的细胞毒性;此外,由于二氧化硅壳层具有良好的化学修饰作用,因此可以将荧光探针分子标记在二氧化硅壳层表面,修饰后的纳米复合粒子可以通过细胞内吞作用进入细胞,从而实现细胞内的光学成像。因此,该纳米粒子复合材料在生物传感、细胞成像以及光热治疗等方面有着良好的应用前景。     

单一金纳米棒的光学及折射率传感特性研究

基于贵金属纳米粒子在折射率传感及探测中的应用,本文运用离散偶极近似,模拟计算了单一金纳米棒的远场消光光谱,研究了其偶极局域表面等离子体共振波长的可调性及折射率的传感特性。研究表明,通过调控金纳米棒的长径比,纳米棒的局域表面等离子体共振波长在可见至近红外波长范围内广泛可调;在可见与近红外波长范围内,该共振波长及对应的折射率灵敏度对纳米棒长径比的响应皆分别呈现出二次与线性的分段特征。此外,利用金介电函数虚部随入射光波长的变化关系,揭示了金纳米棒表面等离子体所对应的半高宽随该共振波长的变化规律;并利用长径比对金纳米棒的品质因子进行了优化,得到了优化的长径比。本文的研究结果对未来设计和制造性能优异的基于局域表面等离子体共振的传感/探测基底和元器件具有重要的理论指导意义。     

电场辅助溶解法实现玻璃表面金纳米粒子的形貌控制

贵金属纳米粒子由于其非常独特的光学特性和表面活性, 在光子学、 催化和生物标识等方面都有非常重要的应用. 采用离子溅射和后续热处理相结合的方法在玻璃表面形成了尺寸大约为60-80 nm的单分散的球形金纳米粒子. 在适当的温度条件下, 采用步进式增加的强直流电场, 实现了金纳米粒子的电场辅助溶解过程. 在玻璃表面的不同颜色区域, 初始球形的金纳米粒子溶解成月蚀状形貌. 结合不同颜色区域内金纳米粒子的表面等离子体共振吸收性质和扫描电镜照片, 研究了实验条件对金纳米粒子性质的影响. 结合电场辅助溶解实验过程中的电流-电压特性, 分析了金纳米粒子在强直流电场辅助下溶解的物理过程: 金粒子中动出的电子向阳极的隧穿过程作为开始, 随后是金阳离子向玻璃基体中的传输过程和阴极提供的电子与带有正电荷的金粒子相结合的过程. 详细讨论了电场辅助溶解法实现金纳米粒子形貌控制的物理机制.     

水色要素垂直分布对其遥感反演算法精度的影响

基于辐射传输模型模拟得到叶绿素和悬浮颗粒物在不同垂直分布条件下的遥感反射率数据集,利用该数据集对现有叶绿素、悬浮颗粒物浓度和固有光学量模型进行检验,研究了垂直分布对遥感反演算法反演精度的影响。结果表明：在悬浮颗粒物垂直分布、叶绿素及其垂直分布的影响下,悬浮颗粒物波段比值模型高估的悬浮颗粒物浓度要大于单波段模型;叶绿素波段比值模型和三波段模型能够较好地降低由叶绿素垂直分布、悬浮颗粒物及其垂直分布引起的叶绿素浓度高估的程度。悬浮颗粒物和叶绿素及其垂直分布对固有光学量反演具有双重效应,悬浮颗粒物垂直分布将使得吸收系数和后向散射系数被高估,而叶绿素垂直分布将使得吸收系数和后向散射系数被低估。在悬浮颗粒物和叶绿素共同作用下,固有光学反演结果具有较大的不确定性。     

用光声技术研究半导体TiO2,ZnO纳米晶粉的光学特性

应用新型的光声光谱技术,研究了不同种类和不同制备工艺条件的半导体纳米晶粉的光学特性,测量了半导体TiO2、ZnO和掺铝ZnO纳米晶粉的光声光谱,获得了这些半导体纳米晶粉的带隙和光谱吸收系数.研究结果表明,相同种类和相同颗粒形状的半导体纳米晶粉的粒径越小,光学吸收系数越大.半导体纳米晶粉的带隙与相同种类纳米颗粒形状(圆球...     

高斯光束中吸收双层球形微粒的横向光俘获

为了研究吸收双层球形微粒的横向光俘获,基于几何光学模型提出了双层带吸收球形微粒的光俘获模型,对TEM₀₀模式高斯光束照射下外层有光吸收的双层电介质球形微粒受到的横向光俘获力进行了数值模拟,取得了光俘获力特性的一系列结果.结果显示,双层球形微粒的外层吸收系数对包括稳态俘获位置,峰值强度,稳态俘获的刚度等光俘获特性有很大影响.此外,内外径的比率对吸收双层球形微粒的光俘获特性也有调制性的影响.在一定条件下,带吸收的双层球形微粒可以被俘获在光轴上,也可能被俘获在中心在光轴上的圆环上. 关键词： 光俘获 几何光学模型 高斯光束 吸收双层球     

基于表观光谱反演黄东海水体固有光学量研究

水色遥感反演算法中半分析模型的建立需要已知水体同有光学量,文章基于现场实测数据建立了由遥感反射率反演同有光学量模型.对2003年春季黄东海航次所测数据进行了介绍,详细阐述了遥感反射率、颗粒物后向散射和吸收系数的测量方法.基于生物光学模型,利用单纯形优化算法由遥感反射率来反演水体同有光学量,并将反演结果与实测数据进行了比...     

Electrical and optical properties of indium tin oxide/epoxy composite film

The electrical and optical properties of the indium tin oxide(ITO)/epoxy composite exhibit dramatic variations as functions of the ITO composition and ITO particle size. Sharp increases in the conductivity in the vicinity of a critical volume fraction have been found within the framework of percolation theory. A conductive and insulating transition model is extracted by the ITO particle network in the SEM image, and verified by the resistivity dependence on the temperature.The dependence of the optical transmittance on the particle size was studied. Further decreasing the ITO particle size could further improve the percolation threshold and light transparency of the composite film.     

One‐electron Optical Properties of a Nanorice with a Nonconcentric Core

We investigate optical properties of nanoshells (small composite clusters composed of a dielectric core and a metal shell; contribution of the shell dominates in the optical properties of the whole cluster) far from plasmon resonance. In particular, nanoshells with the shape of a stretched rotation ellipsoid (nanorice) are considered. For such shell‐type particle the electron wavefunction, the electron energy, the wavenumber spectrum, and the matrix elements of corresponding optical transitions were found. Using these quantities, the classical optical conductivity of such shells (the quantum effects are not considered) and the quantum optical conductivity (relevant addendums for the classical conductivity that are caused by the quantum effects like the electron spectrum discreteness) were found. Oscillating nature of the dependence of these addendums on the incident light frequency is established. The optical conductivity expressions are generalized for the case of a nanorice particle with a weak nonconcentricity.     

生物组织的可见光与近红外光散射模型

对生物组织光学模型尤其是光散射特性进行了研究, 发现可以利用等效粒子数密度的粒度分布更精确地了解生物组织的光散射性质。在夫琅和费衍射近似下, 散射系数和散射相函数可以由等效粒子数密度的粒度分布得到。基于粒子粒度光散射测量技术, 所得结果可给出一种新的可行的测量生物组织光学性质参数的方法。     

An ellipsometric investigation of Ag/SiO$\mathsf{_2}$ nanocomposite thin films

Dielectric properties of silver/SiO₂ nanocomposite thin films grown by high-pressure d.c. sputtering technique were studied by spectroscopic ellipsometry (300-800 nm). The dielectric behavior of the nanocomposite thin films largely depended on the particle size, its number density and the surrounding environments. The films showed semiconductor-like behavior up to a critical particle size and concentration, beyond which the films exhibited the typical surface plasmon resonance characteristics in their optical properties. The refractive index was also found to have a strong dependence on the particle size and its dispersion in the matrix. The results were found to be consistent with those obtained from UV-VIS optical absorbance data. Bruggeman effective medium theory was used to explain the experimental results.Received: 3 April 2002, Published online: 23 July 2003PACS:   78.67.-n Optical properties of nanoscale materials and structures - 78.67.Bf Nanocrystals and nanoparticles     

Inversion of visible optical extinction data for spheroid particle size distribution based on PCA

The problem of light scattering properties of spheroid particles is studied, and a general approach is presented for calculating the single particle light scattering of spheroids. In this approach, the extinction efficiency of spheroid particles can be calculated by combining the spline interpolation of T matrix method and ADA (anomalous diffraction approximation) theory. Furthermore, the retrieval of spheroid particle size distribution is performed in the dependent mode and a selection method about the optical extinction data is proposed based on PCA (principle component analysis) of first derivative corresponding to the raw optical extinction. By calculating the contribution rate of first derivative corresponding to the raw optical extinction, the optical extinction with more significant features can be selected as the inversion optical extinction data. In this way, the selected optical extinction has less information redundancy and higher capacity of resisting noise disturbance. Simulation experiments indicate that the spheroid particle size distributions obtained with the proposed method coincide fairly well with the given distributions, which provides a simple, reliable and efficient method to retrieve the spheroid particle size distribution using the optical extinction data.     

煤粉炉内弥散介质辐射传热的综合模拟

本文基于辐射传热计算的DT法和颗粒运动计算的随机轨道法,并结合单颗粒的辐射特性模型,构造了能够详细考虑颗粒燃尽、湍流弥散诸因素对炉内空间局部辐射特性及总体辐射传热影响的弥散介质辐射传热计算模型,并将其耦合到炉内过程的总体数值模型中。采用该程序,比较计算了几种颗粒辐射特性模型对某300MW锅炉炉内温度场的预报结果,结果表明：通常采用的均匀颗粒辐射特性模型会导致温度场的极大误差;由于炉内颗粒浓度的不均匀分布,炉内的温度分布呈现高度非均匀状态,在炉膛轴线上有大面积的高温烟气区存在;考虑残炭存在时,温度分布的不均匀性更显著．