银纳米棒光学性质的离散偶极近似计算

利用离散偶极近似 (Discretedipoleapproximation ,简称DDA)的方法 ,从理论上对粒子的形状、尺寸及周围介质等因素对银纳米粒子 ,特别是银纳米棒的光学性质的影响进行了较系统的研究 .计算表明 ,置于空气中的棒状银纳米粒子的光学性质与其形状密切相关 ,纵向表面等离子体共振吸收峰的位置随纳米棒长径比的增加呈现线性红移关系 .给出了空气中银纳米棒纵向表面等离子体共振吸收峰的位置随长径比变化的DDA拟合公式 .如果将金属纳米粒子置于折射率更高的介电环境中 ,其纵向等离子体共振吸收峰的位置进一步呈现线性红移关系 .合成的银纳米粒子的TEM图像及相关的UV VIS消光光谱显示DDA计算结果与实验值相当一致 .DDA算法与Mie′s理论在计算球状银纳米粒子的消光系数时给出很接近的结果 ,这表明用DDA的方法来分析银的光学性质是准确可靠的 ;而DDA算法对银纳米棒消光特性的成功拟合则表明 ,该算法相对Gans′理论而言 ,在研究纳米粒子的光学性质时具有更广的适用性及更高的准确性 .     

半导体粒子CdS的光学性质研究

采用DDA(discrete dipole approximation)方法对用于光催化制氢的半导体粒子的光学性质进行了研究,讨论了形状、尺寸等因素对放置在水中的CdS吸收效率的影响,选取的粒子形状有球形,圆柱形,正四面体,正三棱柱,长方体,正六角棱柱,发现粒子形状对局部表面等离子体共振峰的数目和共振波长有重要影响,而...     

纳米金属粒子光吸收理论研究进展

纳米金属粒子具有不同于块体材料的独特的光学性质,因而它在光化学、纳米含能材料及药物等许多领域有着广泛且重要的应用.本文系统的总结了分散在介质中的纳米金属粒子的光吸收理论公式及其适用范围,介绍了各种因素如尺寸、形状以及尺寸和形状分布对光吸收性质影响的计算方法.指出了当前纳米金属粒子光吸收性质方面的研究热点.     

金和银纳米粒子二维周期阵列的光学性质

本文利用离散点偶极子近似方法(DDA)研究了金和银纳米粒子二维周期阵列的光学性质。研究结果表明二维周期阵列的消光性质及其表面等离子共振(SPR)波长受到阵列内粒子组成材料、粒子形状尺寸、阵列周期和阵列排布方式等因素的影响。对于二维正方阵列,当周期较小时(一般小于300 nm),阵列的共振波长主要取决于粒子组成材料和形状尺寸;当周期与阵列单体的共振波长附近时,阵列的消光谱中会出现极窄且锐的SPR共振峰,峰位只与阵列的周期值相关。改变阵列在平行和垂直于入射光偏振方向的周期,可以方便地调节二维长方阵列的共振峰的峰位和峰宽。     

Au@Ag核-壳层纳米结构光学性质的研究

利用离散偶极近似(discrete dipole approximation,DDA)的方法,系统研究壳层的材料、尺寸及形貌等因素对Au@Ag核-壳纳米光学吸收谱的峰值、峰位的影响。研究表明在液体环境中金球颗粒计算的结果与Mie理论计算的结果吻合,表明光学常数三次样条插值后DDA计算Au@Ag核-壳层纳米粒子的光学性质是准确可靠的。随着Ag壳层厚度增加,Au@Ag核-壳层球形纳米颗粒的吸光谱线形成与金球颗粒谱线不同的肩峰,然后主峰红移、肩峰蓝移消失合并为一条吸收峰,光学吸收谱线强度明显增强。Au@Ag核-壳层纳米立方体的光学吸收谱线在450nm时出现了许多次级吸收峰,随着Ag壳层厚度增加,主、次吸收峰增强,主吸收峰出现明显的蓝移。银壳层厚度的变化不仅改变光学吸收强度和峰值的位置,还在Au@Ag核-壳层纳米颗粒的尖端形成了很强的表面等离子体振荡(surface plasma resonance,SPR),提高Ag对光学吸收的影响。     

金属纳米颗粒LSPR光纤生物传感DDA方法研究

研究了金属纳米颗粒的局部表面等离子体共振(LSPR)行为,并讨论了其在光纤生物传感领域的应用.采用离散偶极近似(DDA)的方法,从理论上分析了金属纳米颗粒的尺寸、形状对其传感灵敏度的影响.计算结果显示,金属纳米颗粒的等离子共振吸收峰同时受到颗粒尺寸和形状的影响,但形状对其传感灵敏度的影响最为明显,计算结果与实验数据能较好地吻合.     

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     

随机取向纳米石墨椭球粒子的红外消光特性

利用离散偶极子近似(DDA)方法研究了椭球形的纳米石墨粒子的红外消光特性。计算了不同形状的椭球粒子红外消光截面随波长变化规律,并与等效球形粒子的消光性能进行了比较,分析了不同入射波长时,椭球粒子形状和粒径对消光的影响。结果表明,椭球状的纳米石墨粒子红外消光性能好于等效球粒子的消光性能,椭球粒子的最佳消光等效粒径与轴长比和入射波长有关。     

大尺寸硫醇配体保护金团簇的激发态动力学研究

纳米金团簇作为桥梁连接了金纳米粒子和单个金原子,对于揭示表面等离子激元共振和金属键的来源具有重要意义。有机配体保护的纳米金团簇为理解金纳米粒子从金属性质到非金属性质的转变提供了理想的研究对象,而处于转变区域的金团簇的激发态动力学还尚待研究。在本文中,我们总结了表现出分子性质,并且尺寸较大（大于100 个金原子）的纳米金团簇的激发态动力学,同时将其与表现出金属性质的金纳米粒子的激发态动力学进行比较。本文通过对处于转变区域的金团簇的电子和振动动力学的描述,进一步讨论了其电子结构。对大尺寸纳米金团簇激发态弛豫机理的深入理解,将有助于理解金属纳米团簇和纳米粒子的光学性质,从而进一步推动这一类功能材料的设计和应用。     

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.     

Synthesis and Optical Properties of Anisotropic Metal Nanoparticles

In this paper we overview our recent studies of anisotropic noble metal (e.g. gold and silver) nanoparticles, in which a combination of theory and experiment has been used to elucidate the extinction spectra of the particles, as well as information related to their surface enhanced Raman spectroscopy. We used wet-chemical methods to generate several structurally well-defined nanostructures other than solid spheres, including silver nanodisks and triangular nanoprisms, and gold nanoshells and multipods. When solid spheres are transformed into one of these shapes, the surface plasmon resonances in these particles are strongly affected, typically red-shifting and even splitting into distinctive dipole and quadrupole plasmon modes. In parallel, we have developed computational electrodynamics methods based on the discrete dipole approximation (DDA) method to determine the origins of these intriguing optical features. This has resulted in considerable insight concerning the variation of plasmon wavelength with nanoparticle size, shape and dielectric environment, as well as the use of these particles for optical sensing applications.     

随机取向群聚椭球粒子光散射特性研究

利用离散偶极子近似方法,考虑单元粒子之间的电磁相互作用,数值计算了随机取向的不同尺度参数、不同纵横比的群聚椭球粒子的缪勒矩阵元素,给出了各个缪勒矩阵元素的角分布曲线,探讨了随机取向的群聚椭球粒子的尺度参数、纵横比、基本粒子相对位置对其缪勒矩阵元素的影响。并将随机取向群聚椭球粒子的光散射特性与单个等效球形粒子的数值结果进行了比较。结果表明,随机取向群聚椭球粒子的光散射特性与等效球形粒子的光散射特性存在很大差别,基本粒子的形状越偏离球形,这种差别就越大; 随机取向群聚椭球粒子中椭球粒子的纵横比和相对位置对整个群聚粒子的缪勒矩阵元素存在不同程度的影响,并且此影响随着粒子尺度参数的增大而变得更加显著。     

随机取向群聚椭球粒子光散射特性研究

利用离散偶极子近似方法,考虑单元粒子之间的电磁相互作用,数值计算了随机取向的不同尺度参数、不同纵横比的群聚椭球粒子的缪勒矩阵元素,给出了各个缪勒矩阵元素的角分布曲线,探讨了随机取向的群聚椭球粒子的尺度参数、纵横比、基本粒子相对位置对其缪勒矩阵元素的影响。并将随机取向群聚椭球粒子的光散射特性与单个等效球形粒子的数值结果进行了比较。结果表明,随机取向群聚椭球粒子的光散射特性与等效球形粒子的光散射特性存在很大差别,基本粒子的形状越偏离球形,这种差别就越大; 随机取向群聚椭球粒子中椭球粒子的纵横比和相对位置对整个群聚粒子的缪勒矩阵元素存在不同程度的影响,并且此影响随着粒子尺度参数的增大而变得更加显著。     

Comparison between the lab observations and DDA computations on the backscattering features of sphere-cone-oblate ice particles

Twenty sphere-cone-oblate ice particles are simulated for their backscattering observations in a microwave lab and calculations are done with the DDA method. The lab experiment and the DDA theory are briefly presented in this paper. The theoretical results are compared with the lab observations. It is shown that the theoretical results are consistent with the experimental data in general and that the backscattering ability of sphere-cone-oblate ice particles increases as the particle size parameter increases, and fluctuates in the so-called resonance region. The backscattering cross sections of sphere-cone-oblate ice particles depend not only on their sizes equivolume spherical radii R_e but also on their shapes. There is a statistically linear relationship between differential reflectivity Z_DR and the shape factor, 2a/h, which is the ratio of the horizontal scale to the vertical scale of a particle.     

The scattering matrix for size distributions of irregular particles: An application to an olivine sample

We have compared simulated and measured scattering matrices of a size distribution of olivine particles at wavelengths of 633 and 442 nm. The computations were carried out for size distributions of irregularly-shaped compact particles with different average projected areas using the discrete-dipole approximation (DDA). The results of the comparison show that the model of irregularly-shaped particles mimic the observations far better than the results given by spheres, spheroids or rectangular prisms having a wide range in aspect ratios. The computed scattering matrices for size distributions of irregularly-shaped particles do not depend very strongly on the precise particle shape assumed, providing a method to infer certain physical properties of an ensemble of natural dust particles, such as the refractive index, when some information on the sample, as the size distribution, is known a priori.     

随机分布黑碳-硅酸盐混合凝聚粒子的消光特性研究

基于分形理论,采用蒙特卡罗方法对随机分布的混合凝聚粒子的空间结构进行了仿真模拟。利用Bruggeman有效介质理论得到了占有不同体积份额黑碳的内混合凝聚粒子的等效复折射率。采用离散偶极子近似方法对随机分布混合凝聚粒子在内外混合状态下的吸收、散射和消光效率因子等消光特性参量进行了数值计算,深入探讨了混合方式、容积含量、入射波长以及基本粒子粒径和数量对混合凝聚粒子消光特性的影响规律。通过将所得数值结果与T矩阵方法的数值结果进行比较发现,两种数值方法计算的结果非常相近。结果表明,随机分布混合凝聚粒子的散射效率因子对混合方式非常敏感,消光效率因子对混合方式较敏感,而吸收效率因子对混合方式不敏感。随着凝聚粒子尺度参数的增大,混合方式对散射和消光效率因子的影响逐渐显著。内外混合方式下,随着黑碳体积比的增大随机分布混合凝聚粒子的吸收、散射和消光效率因子均近似线性增大,并且增大的幅度随着粒子尺度参数的增大而增大。