金银核壳结构复合纳米颗粒的消光特性研究

利用离散偶极近似(Discrete Dipole Approximation-DDA)算法,从理论上模拟分析了金银核壳结构复合纳米颗粒的消光光谱以及不同核壳厚度、不同介质折射率情况下峰位的变化情况。研究结果表明,随着壳层厚度的增加,复合纳米颗粒的消光谱线先逐渐形成两个与单质金属纳米颗粒相似的消光峰,后又逐渐合为一个半峰宽度较宽的消光峰;在不同介质环境中复合纳米颗粒的消光峰都随着介电常数的增大出现红移;无论是作为核层还是壳层,银对总体消光谱线的作用都要比金强。     

金纳米核壳局域表面等离子体激元的消光特性研究

采用离散偶极近似(Discrete Dipole Approximation,DDA)方法考察核壳比和外界介质折射率对ITO/Au、CdS/Au、Nb-Sn/Au纳米核壳粒子表面等离子体共振消光特性的影响,并利用杂化理论对其物理本质解释。仿真结果表明,ITO/Au和CdS/Au纳米核壳的ω-模式对应的共振峰峰位随核壳比的增加逐渐红移,而Nb-Sn/Au纳米核壳对应的共振峰峰位随核壳比的增加逐渐蓝移;ω+模式对应的四极共振峰峰位随核壳比的增大缓慢蓝移;集中在金壳两极点的振荡电荷对核壳球模式和腔模式的耦合作用以及电场分布有显著影响;相同尺寸纳米核壳的消光能力由强到弱依次是ITO/Au、Nb-Sn/Au、CdS/Au。     

金属纳米颗粒光学性质的离散偶极近似计算

采用离散偶极子近似(DDA)方法,研究了单体银纳米粒子和银纳米粒子阵列的光谱特性。研究结果发现,单体银纳米粒子的表面等离子体共振消光峰的位置随着周围介质折射率和粒子尺寸的增大逐渐红移,并且消光光谱的峰宽也越来越大。当银纳米粒子正方阵列的周期接近单体的共振波长时,阵列的消光光谱中会出现尖锐的共振峰,改变粒子尺寸的大小可以发现消光光谱中共振峰的峰值和位置有大幅度地改变,通过改变阵列在平行和垂直于入射光偏振方向上的周期,可以调节二维长方阵列共振峰的峰宽和峰位。该研究为纳米粒子在光学显微镜、生物传感元件、数据存储等领域中的应用提供有效地理论参考。     

消光式核壳二聚体传感器的设计与光谱特性分析

根据ITO/Au纳米核壳二聚体粒子在生物医学领域的应用合理性,设计了一种实时检测生物液体的核壳二聚体探针消光式传感器;由偶极子理论推导出输出波长与外界环境折射率关系;利用MATLAB设计ITO/Au纳米核壳二聚体粒子结构;采用软件DDSCAT7.3结合离散偶极近似法,利用二聚体有效半径模拟计算了300~950nm可见光到红外光波段不同核壳比、二聚体间距、以及不同介质折射率的消光光谱;根据传感芯片折射率与偶极共振、耦合八级共振的响应关系得出ITO/Au二聚体的折射率灵敏特性。与传统Ag/Au核壳纳米粒子相比,ITO/Au纳米核壳二聚体结构引入了可作为传感芯片灵敏性自参考参数的耦合八级共振峰,同时ITO/Au二聚体结构的折射率灵敏度可达到419nm/RIU。这些工作及其结果对制作消光式传感器具有重要的意义。     

金纳米粒子光学性质中的尺寸和形状效应

纳米尺度的金属及半导体呈现出特殊的光学、电学及磁学性质,采用近年发展起来的离散偶极近似(DDA)的方法,我们分析了金纳米粒子的尺寸及形状对其光学性质的影响。粒子周围介质的影响在文中亦作了分析。计算结果显示,金纳米粒子的等离子体吸收带同时受到粒子尺寸和形状的影响,但来自形状的影响更为明显。与米氏理论及扩展的甘氏理论相比较,DDA方法在粒子尺寸不再远小于入射光波长的时候更准确,并能应用于任何形状的纳米粒子。理论计算与实验结果能较好的吻合。     

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 .     

钴纳米结构光学性质的离散偶极近似分析

基于离散偶极近似理论,模拟分析了四种不同钴纳米结构的光学性质,具体讨论了钴单质半径、钴金合金材料的组分、钴金核壳结构中的内核大小及壳厚度、钴空心球的尺寸及空球壳厚度等参数对其消光光谱的影响。结果表明,半径50nm的钴颗粒水溶液消光效率最大,且散射强度优于吸收;中空钴球相比实心颗粒消光谱红移,内半径40nm、壳厚5nm的空心钴纳米结构在可见光区域的消光效率最高;半径50nm、钴金原子成分比值为1的合金颗粒在可见光区域具有较宽的散射光谱;随钴金核壳结构中核壳尺寸的增大,消光谱都由显示有两个峰位的波形演化为一个半高宽较大的波形,颗粒特性受核壳金属的共同作用。这些结果可以为其在太阳能领域等应用中的结构参数选择提供参考和借鉴。     

芯-壳结构复合纳米颗粒

芯－壳结构复合纳米颗粒因其独特结构而具有许多奇异的性质，尤其体现在可人工设计和可控的光学性质上：根据不同的性质要求，通过改变组分和壳层与芯部的相对尺寸来实现光学性质在很宽波段范围内的可调特性，这一特性在光敏器件（如光开关，光过滤器）以及下一代的纳米光子光等很多领域有着广阔的应用前景，并在目前红外材料的改性上也会大显身手，文章介绍了几种芯－壳复合纳米颗粒的合成及其性质研究现状，并作相应的展望。     

核/壳结构ZnS : Mn/CdS纳米粒子的制备及发光

利用溶剂热法制备了Mn离子掺杂的ZnS纳米粒子(ZnS : Mn),利用沉淀法对ZnS ∶ Mn纳米粒子进行了不同厚度的CdS无机壳层包覆。采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X射线光电子能谱(XPS)及光致发光(PL)光谱等手段对样品进行了表征。TEM显示粒子为球形,直径大约在14~18 nm之间。由XRD结果可以看出CdS壳层的形成过程受到了ZnS ∶ Mn核的影响,导致其结晶较差。XRD和XPS测量证明了ZnS : Mn/CdS的核壳结构。随着CdS壳层的增厚,样品的发光强度呈现一直减弱的现象。     

金复合纳米微粒的消光特性

基于Mie光散射理论,研究了金壳介质芯的金复合纳米球壳微粒在光散射与吸收中的消光特性.对微粒增大时的多极子特性以及内半径变动时共振峰的移动作了计算和分析,证实了共振峰位置随内外半径比增大而增大的规律.还对纯金纳米微粒的多极子特性作了计算,并讨论了总消光效率中散射和吸收各自的贡献.     

单核/双壳结构CdSe/CdS/ZnS纳米晶的合成与发光性质

以巯基乙酸为稳定剂,在水溶液中合成了单核/双壳结构的CdSe/CdS/ZnS纳米晶。在内核CdSe和外壳ZnS之间的内壳CdS作为晶格匹配调节层,能够很好的改善核/壳界面处的性能,而且,最外层ZnS能够最大程度地使激子受限。用TEM和XPS对纳米晶进行了表征,并且用光致发光光谱和吸收光谱对不同核壳结构的纳米晶的发光性能进行了比较,结果表明单核/双壳结构的纳米晶具有更加优异的发光特性。     

Particle Shape Effects in the Extinction Spectra of Gold and Silver Nanoparticles

Particle shape effects in the absorption and scattering spectra of gold and silver nanoparticles are studied for optical-range radiation. Numerical calculations of extinction cross section are performed using the FDTD approach for particles of three shapes: disks, triangular prisms, and triradial-base prisms. It is established that the spectra of nanoparticles of different shapes differ qualitatively even if they are of the same characteristic dimensions. The obtained results can be used to develop a spectroscopic procedure for determining the shape of metallic nanoparticles and producing quantitative estimates of their characteristic dimensions.     

纳米银与表面吸附荧光素的荧光性能的影响

研究了纳米银粒子对表面吸附荧光素(fluorescein,Fl)的荧光性能的影响。Fl溶液中加入纳米银粒子,Fl分子包覆在纳米银粒子表面形成Fl_n-Ag复合物使纳米银相互桥连形成类似网络的结构,且Fl分子吸收峰随着纳米银浓度的增加发生红移。纳米银通过产生的强局域场将能量传输给Fl发光中心,实现了Fl的荧光增强,荧光增强效率随着纳米银浓度的增加具有最大值。较大粒径的纳米银使Fl获得最大荧光增强效率所需浓度较低且最大荧光增强效率值较高。研究结果表明,纳米银与Fl间的能量传输主要由Fl分子附近局域电磁场增强和分子到金属表面无辐射跃迁能量转移过程所决定并与纳米银的浓度、尺寸密切相关。     

三层材料纳米颗粒形状对消光特性的影响

通过高分辨率电子束光刻方法制备了不同形状的三层复合材料纳米颗粒,研究了这种纳米颗粒的形状变化对消光特性的影响。测试结果表明,当入射波偏振方向平行于短轴时,随着长宽比的增大,共振峰位置发生蓝移;当光源偏振方向平行于长轴时,随着长宽比的增大,共振峰位置发生红移。还用时域有限差分算法以及表面等离波子的Lorentz模型对纳米颗粒的消光特性进行数值计算,所得的消光频谱曲线、共振峰位置变化趋势与实验基本一致。此外,还研究了主体材料层厚度对消光特性的影响,发现其厚度在20～90nm变化时,共振峰发生3～115nm的蓝移。     

Optical Nonlinear Properties of CdSeS/ZnS Core/Shell Quantum Dots

The optical nonlinear properties of CdSeS/ZnS quantum dots (QDs) areinvestigated by Z-scan technique using fundamental harmonic generation(1064nm) of mode-locked Nd:YAG laser for the first time. The experimental results show that two photon absorptions (TPA) occur at input intensity up to 12.5GW/cm². CdSeS/ZnS QDs have an average TPA cross section of 13710GM and large nonlinear refractive index on order of 10^-7esu. The large optical nonlinearities perhaps allow the CdSeS/ZnS QDs to be one kind of candidate material for bioimaging and fluorescence label, optical limiting and all-optical switching.     

Micro and Nanoparticles of Metals and Metal Oxides and Physicochemical Properties of Highenergy Materials Based on Cyclic Nitroamines

Russian Physics Journal - The paper studies the influence of micro- and nanoparticles of metals and metal oxides on physicochemical properties of high-energy materials comprising cyclic nitroamine...     

Theoretical Studies of Optical Properties of Silver Nanoparticles

Optical properties of silver nanoparticles such as extinction, absorption and scattering efficiencies are studied based on Green＇s function theory. The numerical simulation results show that optical properties of silver nanoparticles are mainly dependent on their sizes and geometries; the localized plasmon resonance peak is red shifted when the dielectric constant of the particle＇s surrounding medium increases or when a substrate is presented. The influences of wave polarizations, the incident angles of light, the composite silver and multiply-layers on the plasmon resonance are also reported. The numerical simulation of optical spectra is a very useful tool for nanoparticle growth and characterization.