金屬納米顆粒光熱性質(zhì)研究.pdf

1、由于其獨(dú)特的局域表面等離激元共振(localized surface plasmon resonance，LSPR)特性，貴金屬納米顆粒近20年來(lái)在光子器件、生物化學(xué)傳感、生物標(biāo)記、表面增強(qiáng)拉曼散射等領(lǐng)域顯示出巨大的應(yīng)用前景。除了其優(yōu)越的光學(xué)性質(zhì)，近年來(lái)金屬納米顆粒的光熱效應(yīng)日益成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)，因?yàn)榻饘偌{米顆粒可以作為高效、局域化并且可用激光靈活控制的納米熱源，實(shí)現(xiàn)納米尺度上的熱操控。雖然等離激元納米顆粒的熱效應(yīng)已經(jīng)在生物醫(yī)學(xué)診療

2、、光熱成像、微流控等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，其產(chǎn)熱及傳熱的物理機(jī)理與規(guī)律仍有許多尚待解答的問(wèn)題。本文首先綜述了金屬納米顆粒的光學(xué)性質(zhì)和光熱性質(zhì)，第二章重點(diǎn)介紹相關(guān)的理論和計(jì)算方法。第三章我們用有限元多物理場(chǎng)仿真軟件COMSOL Multiphysics定量研究了兩個(gè)金屬納米顆粒相互作用對(duì)其溫度的影響。我們發(fā)現(xiàn)這種影響來(lái)源于兩個(gè)方面，一是等離激元模式的電磁耦合，二是溫度的“累加效應(yīng)”，從而納米顆粒的溫度與顆粒間的距離密切相關(guān)，而且當(dāng)入射光偏振方

3、向垂直顆粒連線方向時(shí)，兩者之間存在“標(biāo)度規(guī)律”，即與尺寸無(wú)關(guān)的指數(shù)衰減的關(guān)系。然后我們又用偶極子相互作用模型結(jié)合點(diǎn)熱源相互作用模型對(duì)“標(biāo)度規(guī)律”做了理論解釋。我們的結(jié)果可以為制作基于溫度的用于納米尺度長(zhǎng)度測(cè)量的納米尺子提供理論指導(dǎo)。第四章我們計(jì)算了一個(gè)位于兩種不同熱導(dǎo)率的介質(zhì)分界面附近的發(fā)熱納米顆粒的溫度的變化規(guī)律。我們通過(guò)有限元模擬，得出了各種形狀的顆粒普遍遵循的顆粒溫度與到界面距離之間的標(biāo)度方程，可以用來(lái)更加準(zhǔn)確地估計(jì)顆粒實(shí)際的溫度