Au纳米粒子形状与吸收特性研究.docx
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Au纳米粒子形状与吸收特性研究
Au纳米粒子形状与吸收特性研究
本章应用DDA方法对于Au纳米球、Au纳米球壳定量的研究了它们吸收光谱中共振峰的位置和强度随2种Au纳米粒子的变化趋势,以便揭示Au纳米粒子吸收特性变化规律。
4.1Au纳米球的吸收特性
本章节将利用第3.3节介绍的Au纳米粒子介电函数及其Au纳米粒子尺寸修正模型,对不同尺寸Au纳米球吸收光谱进行计算分析,本文使用的计算风系数据软件是MATLAB进行数值模拟分析研究。
表3-1Au纳米粒子部分数据参数表
Au纳米粒子具有能量:
hwp(ev)
9.03
光速:
C(m/s)
3.0*108
Au纳米粒子自由电子速度:
vf(m/s)
1.4*106
Au纳米粒子自由电子平均自由程:
(nm)
42
弹簧弹性系数:
k
9*10-4
阻尼系数:
5*10-4
原子的电子离其平衡时候的距离:
x(nm)
38
Au纳米球电子的质量:
m0(kg)
9.1*10-31
Au纳米球的电子的电荷量:
e(C)
1.6*10-16
真空介电常数:
(F/m)
8.8*10-12
Au纳米球内有效的自由电子的平均自由程:
Le(nm)
26
Au纳米球的半径:
R(nm)
30
为Au纳米球折射率:
n
1.33
根据表3-1Au纳米粒子部分数据参数表,根据第二章基础处理知识以及使用第三章模型计算公式,使用MATLAB进行数值计算,模拟分析Au纳米球的吸收特性,这里做如下假设,Au纳米球半径R=30,可以得到Au纳米球的消光特性曲线、Au纳米球的散光特性曲线、Au纳米球的吸收特性曲线,如下图所示:
图3-1Au纳米球的三种曲线的效率Q
其中,消光处理效率也就是总的效率Q1,被Au纳米粒子吸收的效率Q2,被Au纳米粒子散射的效率Q3,从图3-1Au纳米球的三种曲线的效率Q可以看出,确实存在关系:
Q1=Q2+Q3(4-1)
并且,可以看出来Au纳米球的消光特性曲线、Au纳米球的散光特性曲线、Au纳米球的吸收特性曲线三条曲线都出现较强的共振峰,Au纳米球的消光特性曲线在
的时候,出现较强的共振峰效率为4.52,Au纳米球的吸收特性曲线在
的时候,出现较强的共振峰效率为1.12,Au纳米球的吸收特性曲线在
的时候,出现较强的共振峰吸收率为3.52.
4.1.1半径的影响
为了进一步了解Au纳米球形状与吸收率的关系,接着对于Au纳米球做了如下处理,取其半径变化对光谱吸收效率的影响进行研究,本文把Au纳米球的R从10nm逐步变到40nm,中间间隔取为10nm。
图3-2不同半径下吸收效率随波长变化
图3-3吸收效率峰值随Au纳米球半径变化
4.1.2结论分析
从图3-2不同半径下吸收效率随波长、图3-3吸收效率峰值随Au纳米球半径变化变化,可以看出吸收效率峰值随Au纳米球半径效率的变化是增大的,并且吸收效率随波长变化是分段进行的。
进行分析判断,可以得出以下2条结论:
第一:
保持半径不变的情况下,Au纳米球吸收光效率随着入射波的波长先增大,大约达到波长为550nm的时候,开始减小。
第二:
Au纳米球吸收光效率随着Au纳米球的增大,而逐渐开始增大。
到达半径40之后,吸收光效率增大速率非常慢。
4.2Au纳米球壳的吸收特性
根据表3-1Au纳米粒子部分数据参数表,根据第二章基础处理知识以及使用第三章模型计算公式,使用MATLAB进行数值计算,模拟分析Au纳米球壳的吸收特性,这里做如下假设,Au纳米球半径R1=20,R2=30,得到Au纳米球壳的消光特性曲线、Au纳米球壳的散光特性曲线、Au纳米球壳的吸收特性曲线,如下图所示:
图3-2Au纳米球壳的三种曲线的效率Q
可以看出来Au纳米球的消光特性曲线、Au纳米球的散光特性曲线、Au纳米球的吸收特性曲线三条曲线都出现较强的共振峰,Au纳米球的消光特性曲线在
的时候,出现较强的共振峰效率为4.68,Au纳米球的吸收特性曲线在
的时候,出现较强的共振峰效率为0.80,Au纳米球的吸收特性曲线在
的时候,出现较强的共振峰吸收率为3.88。
4.2.1内半径的影响
为了进一步了解Au纳米球壳形状与吸收率的关系,接着对于Au纳米球壳做了如下处理,取其内半径变化R1对光谱吸收效率的影响进行研究,外半径作为一个定值,取值为:
R2=30nm,本文把Au纳米球壳的R1从10nm逐步变到30nm,中间间隔取为5nm。
图3-5R2=30时、不同内半径下吸收效率随波长变化
图3-6R2=30时、吸收效率峰值随Au纳米球壳内半径变化
4.2.2外半径的影响
为了进一步了解Au纳米球壳形状与吸收率的关系,接着对于Au纳米球壳做了如下处理,取其外半径变化R2对光谱吸收效率的影响进行研究,内半径作为一个定值,取值为:
R1=20nm,本文把Au纳米球壳的R2从20nm逐步变到40nm,中间间隔取为5nm。
图3-7R1=20时、不同外半径下吸收效率随波长变化
图3-8R1=30时、吸收效率峰值随Au纳米球壳外半径变化
4.2.3结论分析
从图3-5R2=30时、不同内半径下吸收效率随波长变化、图3-6R2=30时、吸收效率峰值随Au纳米球壳内半径变化、图3-7R1=20时、不同外半径下吸收效率随波长变化、图3-8R1=30时、吸收效率峰值随Au纳米球壳外半径变化,可以看出吸收效率峰值随Au纳米球壳内半径效率的变化是增大的,外半径先增大后减小。
进行分析判断,可以得出以下3条结论:
第一:
保持Au纳米球壳内外半径不变的情况下,Au纳米球科吸收光效率随着入射波的波长先增大(内外半径都是),大约达到波长为550nm的时候,开始减小。
第二:
Au纳米球科吸收光效率随着Au纳米球科内半径的增大,而逐渐开始增大。
当定义外半径R2=30nm,内半径到达半径20nm之后,吸收光效率增大速率开始变慢。
第三:
Au纳米球科吸收光效率随着Au纳米球科外半径的增大,先开始是逐渐开始增大,逐渐的开始减小。
当定义内半径R1=20nm,外半径到达半径30nm之前,Au纳米球科吸收光效率吸收光效率逐渐开始增大增大;外半径到达半径30nm之后,Au纳米球科吸收光效率吸收光效率逐渐开始逐渐减小。
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- Au 纳米 粒子 形状 吸收 特性 研究
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