多层膜磁性微泡的非线性声振动特性

超顺磁性氧化铁纳米粒子与造影剂微泡结合形成磁性微泡,用于产生多模态造影剂,以增强医学超声和磁共振成像.将装载有纳米磁性颗粒的微泡包膜层看作由磁流体膜与磷脂膜组合而成的双层膜结构,同时考虑磁性纳米颗粒体积分数a对膜密度及黏度的影响,从气泡动力学基本理论出发,构建多层膜结构磁性微泡非线性动力学方程.数值分析了驱动声压和频率等声场参数、颗粒体积分数、膜层厚度以及表面张力等膜壳参数对微泡声动力学行为的影响.结果表明,当磁性颗粒体积分数较小且a≤0.1时,磁性微泡声响应特性与普通包膜微泡相似,微泡的声频响应与其初始尺寸和驱动压有关;当驱动声场频率f为磁性微泡共振频率f0的2倍(f=2f0)时,微泡振动失稳临界声压最低;磁性颗粒的存在抑制了泡的膨胀和收缩但抑制效果非常有限;磁性微泡外膜层材料的表面张力参数K及膜层厚度d也会影响微泡的振动,当表面张力参数及膜厚取值分别为0.2—0.4 N/m及50—150 nm时,可观察到气泡存在不稳定振动响应区.     

金纳米球壳对的局域表面等离激元共振特性分析

应用有限元方法, 研究金纳米球壳对的几何结构参数及物理参量对其表面等离激元共振的散射及消光光谱的影响, 并根据等离激元杂化理论进行了理论分析. 结果表明, 随着金壳厚度的增加, 金纳米球壳对的散射及消光共振峰先发生蓝移而后红移, 而随着金纳米球壳间隙的减小, 或者随着金纳米球壳的内核尺寸或内核介质折射率的增大, 散射及消光共振峰均发生红移; 随着金壳厚度或内核尺寸减小, 或者随着内核介质折射率增大, 金纳米球壳对的散射与消光共振强度减弱, 而随着金壳间隙的减小, 金纳米球壳对的散射共振强度先增强后减弱, 而消光共振强度逐渐增强, 数值模拟与理论分析一致.     

壳层纳米颗粒的光散射行为研究

本文主要研究了Au-Si球型壳层纳米颗粒在电磁波作用下的散射行为,并将其与实心Au球、空心Au球、实心Si球和空心Si球的光散射行为进行了对比。利用Mie散射理论计算得出Au-Si球型壳层纳米颗粒在外加电磁波作用下的各阶电响应和磁响应,观察壳层结构的几何参数对电偶和磁偶共振峰位置的影响,并进一步研究Au材料中的电偶响应与Si材料中的电偶(磁偶)响应之间的耦合关系,找到其中的耦合规律。通过对单个球型壳层纳米颗粒散射行为的研究,为利用该颗粒周期性排列制备具有特殊电磁性质的人工特异材料提供理论指导。     

银纳米颗粒及阵列光传输性质的理论研究

纳米颗粒及其阵列结构的光学性能与颗粒本身的表面等离子体共振及周期结构参数密切相关.本文根据Mie散射理论和多极子振荡理论,研究了光在银球型纳米颗粒及阵列中的传输性质.对于单个纳米颗粒,当颗粒半径小于50 nm时,消光峰由电偶极子共振产生;当半径大于50 nm时,除电偶极子振荡产生的消光峰外,在短波处将出现由电四极子共振产生的消光峰,且两种极子的共振频率随颗粒半径的增加而减小.由电偶极子共振产生的消光峰位置的理论计算结果与实验结果相符合.对于由球形颗粒组成的无限大二维周期阵列,消光峰主要由单个颗粒产生的消光峰和Wood-Rayleigh反常衍射造成的消光峰组成.通过控制纳米颗粒的尺寸、形状以及阵列的周期、排列方式,可以调节两种极子的共振峰位.本文的结果将对设计具有特定光学性能的纳米结构产生重要的实际意义.     

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.     

Au,Au-介质,介质-Au球形纳米结构光散射性质研究

本文基于Mie散射理论,设计了三种(Au,Au-介质,介质-Au)球形纳米结构,并研究结构参数及周围环境对结构的光散射性质的影响。说明结构外半径的增加会使共振位置发生红移,线宽增加,并且偶极近似不再成立。经研究发现,在偶极近似下,Au-介质纳米核壳结构中核半径的增大使得散射峰增强,线宽也比金球颗粒的小。并且介质折射率的增加,会使散射峰进一步增强,并产生一定的红移。对于介质-Au纳米核壳结构,当Au层厚度较小的情况下,球模和腔模之间的强耦合作用使得共振峰位置发生较大的红移,散射峰也显著增强。并且随着介质核的折射率增加,会进一步使得模式发生红移。考虑到实际应用,最后通过在Au-介质纳米核壳结构的介质层引入增益,或者减小介质-Au纳米核壳结构半径,发现其均能在石英环境中实现可见光波段的窄带强散射。这些研究结果将对高性能透明显示屏的制备提供重要的理论依据。     

磁流体管内“泡对”在磁声复合场中的振荡行为

基于磁流体管内单泡的动力学模型,通过引入泡间次级声辐射并考虑磁流体黏度的磁场效应,建立了管内“泡对”系统在磁声复合场中的动力学方程,分析了磁场强度、泡对尺寸、泡间相互作用(包括次级Bjerknes力F_B和磁吸引力F_m)及流体特性等对双泡振动特性的影响.结果表明,磁场增大了泡对的振幅,对大泡的影响远大于对小泡的影响.当两泡中心间距一定、两泡相对尺寸越大时,或是当两泡尺寸一定、两泡表面间距越小时,双泡之间的相互作用越强.磁声复合场中,磁场会影响F_B, F_m,磁压P_m及黏滞阻力等,且影响程度各不相同; F_B和F_m及P_m和黏滞阻力之间均存在竞争关系,与作用在微泡上的所有力共同影响泡的运动.通过研究“泡对”系统的动力学行为,为实际应用中调节磁声场,提高微泡对生物组织的靶向调控治疗效果提供了一定的理论依据.     

具有可调谐的LSPR和SERS性能的“爆米花”状Au@Ag核壳超结构的制备（英文）

本文通过使用多巴胺二硫代氨基甲酸(DDTC)作为还原剂来控制银纳米颗粒以异相成核的生长模式在金立方表面进行生长,合成出"爆米花"状的金银纳米超结构。这种结构的纳米颗粒在可见光区表现出可调谐的等离子体共振特性,并且通过改变硝酸银的浓度能够精细的调节银层的厚度。此外,使用液液界面自组装技术将纳米颗粒组装成单层膜,然后将结晶紫作为探针分子来研究纳米颗粒的表面增强拉曼散射特性(SERS)和银层厚度之间的依赖关系。并系统的研究了三种激发波长对SERS基底的响应。结果表明"爆米花"状的金银核壳超结构具有可调节的局域表面等离子体共振(LSPR)和SERS特性,在太阳能电池、催化、化学传感等领域具有广阔的应用前景。     

吸附颗粒对光学微球腔形貌共振的影响研究

利用T矩阵方法研究了表面吸附有随机分布小颗粒的光学微球腔的光学特性,通过计算其散射效率和不对称因子分析了吸附小颗粒的数量、尺寸对微球腔形貌共振(Morphology-Dependent Resonances,MDR)廓线的影响;利用分离变量法研究了具有均匀吸附膜(同心双层球)微球腔的光学特性,分析了吸附膜的厚度对谐振廓线的影响。结果表明,附着于微球腔表面的小颗粒以及均匀吸附层,都将对整个微球腔的形貌共振产生影响,并使光学微球腔的品质因数降低,甚至不产生回音壁模。     

磁流体制备及性质研究

采用化学共沉淀法制备了纳米Fe3O4磁性颗粒,将其均匀分散在载液中获得磁流体.给出了表征所制备样品的宏观和微观特性图谱,探究了样品的磁热效应、法拉第效应和克尔效应,并制作了磁流体薄膜显示器.通过对磁流体样品的分析,获得其最佳的油酸钠包裹量为0.0216g/mL,样品颗粒小,稳定性高,磁热效应明显.研究发现磁流体薄膜的透射率随磁场变化明显,测量费尔德系数时必须考虑透射率的影响.磁流体样品存在异常克尔信号.     

Au/VO_2双层薄膜纳米点阵的光学特性

基于VO_2薄膜的热致相变特性,利用修正的Sellmeier色散模型和有限时域差分法计算了Au/VO_2双层薄膜纳米点阵的透过率和反射率,发现其存在反转效应,且反转效应受点阵间距、膜层厚度和颗粒半径等参量调控.随着颗粒间距的增大,透射谱中谐振峰的位置发生红移,透过率反转差值增加,但间距进一步增大时,反转效应消失.随着Au/VO_2膜层厚度的减小,透过率明显增大,透过率反转差值也随之改变.随着颗粒尺寸的增大,相变前后的透过率差值逐渐增大,但当颗粒尺寸进一步增大时,透过率反转效应不明显.对点阵间距、膜层厚度和颗粒半径的优化结果表明,Au/VO_2双层薄膜纳米点阵间距为9.8nm、VO_2层厚度和Au层厚度均为110nm、颗粒半径为58nm时,反转效应最明显,其相对透过率反转差值可达91%,其相对反射率反转差值可达90%.     

脉冲占空比对磁性微泡介导的聚焦超声温升效应的影响

集合多种诊断和治疗功能的声/磁造影剂微泡的研究与开发已经成为当前医学超声、生物医学工程及临床应用领域共同关注的热点问题.超顺磁氧化铁纳米颗粒具有独特的磁性特征和良好的生物相容性,可被用作核磁共振造影剂来提升影像对比度、空间分辨率及临床诊断准确性.我们的前期工作表明,通过将超顺磁氧化铁纳米颗粒挂载于常规超声造影剂微泡表面,可以成功构建多模态诊断及治疗介质,显著改变超声造影剂微泡的尺度分布及包膜粘弹系数等物理特性,进而影响微泡造影剂的声散射特性及其声空化效应和热效应.然而,此前的研究仅考虑了声场强度和微泡浓度等影响因素,对于脉冲超声时间特性对磁性微泡造影剂动力学响应的影响的相关研究仍有所欠缺.本文通过热电偶对凝胶仿体血管模型中流动的双模态磁性微泡在不同占空比超声脉冲信号作用下,产生温升效应开展了系统的实验测量,并基于有限元模型对实验结果进行了仿真验证.结果显示,脉冲信号占空比的提升是增强血管中磁性微泡在聚焦超声作用下温升效果的关键性时间影响因素.本文的研究成果将有助于更好地理解不同超声作用参数对双模态磁性微泡的热效应的影响机制,对保障双模态磁性微泡在临床热疗应用中的安全性和有效性具有重要的...     

疏水纳米颗粒对仿生膜流动性的影响: 尺寸效应

金属纳米颗粒与仿生膜的组装材料具有广阔的应用前景, 但纳米颗粒载入对仿生膜的物理性质的影响却存在争议. 在本文中, 我们合成了大于与小于膜厚度的疏水金纳米颗粒 (LPNs与SNPs), 系统地研究了粒子载入对膜流动性的影响. 通过荧光漂白恢复实验发现, LPNs与SNPs分别降低与提高磷脂的侧向扩散率. 基于荧光光谱实验与理论分析, 得到LPNs与SNPs分别通过空间位阻、改变磷脂有序度两种机制影响磷脂的侧向运动. 研究结果对构建功能性纳米颗粒磷脂组装体, 通过纳米材料调控仿生膜功能方面提供了参考.     

激光限制结晶技术制备nc-Si/SiO2多层膜

在等离子体增强化学气相淀积系统中，采用aSi:H层淀积和原位等离子体氧化相结合的逐层生长技术制备了aSi:H/SiO_2多层膜.在激光诱导限制结晶原理基础上，使用KrF准分子脉冲激光为辐照源，对aSi:H/SiO_2多层膜进行辐照，使纳米级厚度的aSi:H子层晶化.Raman散射谱和电子衍射谱的结果表明，经过激光辐照后纳米Si颗粒在原始的aSi:H子层内形成，晶粒尺寸可以根据aSi:H层的厚度精确控制.还研究了样品的光致发光（PL）特性以及激光辐照能量密度对PL性质的影响. 关键词： 脉冲激光 多层膜 限制结晶     

片状三角形银纳米颗粒的自组织行为与光学特行

用化学方法制备了一种规则的片状三角形银纳米颗粒,边长为100±10nm,厚度约为30nm.紫外-可见光谱分析表明了三角形银纳米颗粒形貌的完整性.颗粒表面修饰的有机分子,使三角形银纳米颗粒在碳膜上自组织形成二维单层膜,在硅片上形成高取向银膜,该银膜对吡啶分子具有很强的表面增强拉曼散射效应,增强因子可达108.     

片状三角形银纳米颗粒的自组织行为与光学特性

用化学方法制备了一种规则的片状三角形银纳米颗粒，边长为100±10nm，厚度约为30nm.紫外可见光谱分析表明了三角形银纳米颗粒形貌的完整性.颗粒表面修饰的有机分子，使三角形银纳米颗粒在碳膜上自组织形成二维单层膜，在硅片上形成高取向银膜，该银膜对吡啶分子具有很强的表面增强拉曼散射效应，增强因子可达108.     

金纳米球壳光学吸收的Mie理论分析

基于Mie散射理论研究了金壳厚度变化、内核尺寸变化及内核介质变化下金纳米球壳的吸收光谱.研究发现,随着金壳厚度的增加,颗粒光学吸收增加到最大值后逐渐降低;随着内核尺寸逐渐增加,金壳颗粒的光学吸收最大值逐渐减小.此外,还发现随着内核介电常数的增大,颗粒的光学吸收逐渐减弱,当内核为空心时,吸收最强.利用等离激元杂化理论及自由电子和振荡电子变化的竞争机制对上述现象进行了理论分析. 关键词： 金纳米球壳 等离激元共振 吸收光谱     

基于Mie散射理论的C@H_2O复合粒子散射特性研究

大气中大量存在的复合粒子会对激光传输效率产生很大影响。由于空气中水蒸气含量较高,以C作为凝结核外层包裹以水的核壳结构微粒对光传输具有明显的散射效应。本文应用Mie散射理论对C@H_2O核壳结构微粒的散射特性进行了理论分析和数值计算,首先给出了不同入射波长、核粒子半径以及水膜厚度条件下散射强度分布变化曲线;其次给出了不同入射波长、核粒子半径以及水膜厚度条件下偏振变化情况;最后讨论了光学截面与粒子半径之间的关系。结果表明各参数对前向散射强度影响较大,入射波长越大散射强度越弱,C核半径增大粒子的前向散射增强,水膜厚度增大粒子的前向散射增强,而后向散射无明显影响;入射波长较大时,粒子在多个角度出现线偏振光,入射波长增大、碳核半径变大、水膜厚度增大,偏振度峰值都会增多;随着入射波长的增大,散射截面最大峰值位置向着半径增大的方向移动,并伴随一定的振荡现象,散射和消光截面在碳核半径为0.1μm左右达到最大值。     

Al2O3薄膜/纳米Ag颗粒复合结构的光吸收谱及增强Raman散射光谱研究

Al₂O₃介质薄膜与纳米Ag颗粒构成的复合结构,被应用于表面增强Raman散射探测实验中,其中Al₂O₃介质薄膜对纳米Ag颗粒的吸收谱及增强Raman散射光谱的影响被特别关注.该复合结构的光学特性表征出纳米Ag颗粒的偶极振荡特性.从光吸收谱中可以看到,其共振吸收谱随Al₂O₃介质薄膜厚度增加而在整个谱域上发生红移,表明纳米Ag颗粒的周围介电常数随Al₂O₃介质薄膜厚度的增加而增大.采用罗丹明6G作为探针原子,6个Raman特征峰的平均增益值作为表征表面增强Raman散射衬底增益程度的量度.实验结果表明,Al₂O₃介质薄膜层的引入提高了纳米Ag颗粒的衬底介电常数,并引起了散射共振的增强,从而使表面增强Raman散射强度提高. 关键词： 纳米Ag薄膜 共振吸收 表面增强Raman散射 介电常数     

磁性纳米颗粒膜的微磁学模拟

用微磁学方法对磁性纳米颗粒膜的磁特性进行了模拟，采用的模型是由122个磁性纳米颗粒组成的面心立方(fcc)结构体系.结果表明：在该体系中，偶极相互作用对体系的静态磁结构的影响显著，而交换相互作用的影响表现不明显.在此基础上，本文还采用有效媒质理论计算分析了磁性合金颗粒不同体积比时颗粒膜的磁谱和表征电磁参量发生显著变化的逾渗现象和逾渗阈值.并完成了对高磁损耗磁性纳米颗粒膜的材料设计. 关键词： 微磁学 纳米颗粒膜 逾渗阈值 磁导率 材料设计