19176.金納米陣列的表面等離激元氫氣監(jiān)測研究

1、金納米陣列的表面等離激元氫氣監(jiān)測研究重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文（學(xué)術(shù)學(xué)位）學(xué)生姓名：張振指導(dǎo)教師：黃映洲副教授專業(yè)：凝聚態(tài)物理學(xué)學(xué)科門類：理學(xué)重慶大學(xué)物理學(xué)院二O一五年四月重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文中文摘要I摘要人類對氫氣的研究已經(jīng)有很長的歷史了，進(jìn)入21世紀(jì)以后，能源短缺是人類社會面臨的重大問題，對氫氣的研究也越來越受到人們的重視。目前對氫氣的研究的最大的挑戰(zhàn)主要是在生產(chǎn)，分配，儲存和利用氫氣的過程中盡可能地優(yōu)化成本，增加穩(wěn)定性和安全性。因此，氫

2、氣監(jiān)測在很多潛在的領(lǐng)域有非常重大的用途。氫氣監(jiān)測器已經(jīng)被研究了一個世紀(jì)。傳統(tǒng)的方法主要有氣象色譜法，質(zhì)譜分析法，熱導(dǎo)率監(jiān)測器和激光氣體分析。也有一些商業(yè)用監(jiān)測器，這些監(jiān)測器一般是以固態(tài)的方法來進(jìn)行氫氣監(jiān)測。相對于傳統(tǒng)的電學(xué)監(jiān)測器，光學(xué)監(jiān)測器有許多優(yōu)點。其中最大的優(yōu)點是光學(xué)監(jiān)測器在工作的時候沒有產(chǎn)生火花的風(fēng)險，這是非常大優(yōu)點，因為若在操作的時候在氫氣的氣氛中產(chǎn)生火花將是非常致命的。另外光學(xué)監(jiān)測器也具有避免電磁場干擾的優(yōu)點，可以在惡劣環(huán)境中

3、遠(yuǎn)程顯示等優(yōu)點。本文我們就是利用金屬結(jié)構(gòu)中形成的的局域表面等離子共振來研究光學(xué)監(jiān)測器。由于金屬中含有大量的自由電子，當(dāng)用一束光來照射金屬納米顆粒，由于金屬納米顆粒的尺寸相對于波長足夠小，導(dǎo)體中的自由電子就會與晶格中固有陽離子發(fā)生共振，產(chǎn)生局域表面等離子共振。由于在發(fā)生共振的時候納米顆粒表面的電荷分離，就會在納米顆粒附近產(chǎn)生很強(qiáng)的疊加電場。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)有很多因素影響局域表面等離子共振（Localizedsurfaceplasmonreson

4、anceLSPR）的共振波長，例如納米顆粒的尺寸，形狀，材料外界環(huán)境的介電性能。所以，通過尋求LSPR的共振波長，就可以監(jiān)測到納米顆粒的任何變化或者納米顆粒周圍的的介電性能變化。這兩種監(jiān)測分別被叫做直接局域表面等離子共振監(jiān)測和間接局域表面等離子共振監(jiān)測。本文我們主要研究了不同形狀的金屬納米結(jié)構(gòu)的局域表面等離子共振特性。首先我們主要研究了金月牙納米結(jié)構(gòu)陣列的局域表面等離子共振的特性。實驗部分我們用電子束刻蝕的方法制作了不同尺寸的金月牙納米

5、結(jié)構(gòu)陣列，然后獲得了其吸收譜線。從獲得的吸收譜線中我們發(fā)現(xiàn)了不同尺寸的金月牙納米結(jié)構(gòu)陣列它們發(fā)生表面等離子共振的位置不同。接下來我們通過軟件FDTDSolutions8.6獲得了金月牙納米結(jié)構(gòu)陣列在共振時的電磁場、表面電荷分布等表面等離激元特性，發(fā)現(xiàn)了金月牙納米結(jié)構(gòu)的電荷大都分布在月牙尖端，而且電磁場增強(qiáng)也發(fā)生在月牙的尖端。后來我們通過對金月牙納米結(jié)構(gòu)的吸收—能級圖的研究，用等離子體雜化理論完美的解釋了金月牙納米結(jié)構(gòu)的局域表面等離子共振