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)測研究重慶大學碩士學位論文（學術學位）學生姓名：張振指導教師：黃映洲副教授專業(yè)：凝聚態(tài)物理學學科門類：理學重慶大學物理學院二O一五年四月重慶大學碩士學位論文中文摘要I摘要人類對氫氣的研究已經(jīng)有很長的歷史了，進入21世紀以后，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。傳統(tǒng)的方法主要有氣象色譜法，質(zhì)譜分析法，熱導率監(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)的方法來進行氫氣監(jiān)測。相對于傳統(tǒng)的電學監(jiān)測器，光學監(jiān)測器有許多優(yōu)點。其中最大的優(yōu)點是光學監(jiān)測器在工作的時候沒有產(chǎn)生火花的風險，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、遠程顯示等優(yōu)點。本文我們就是利用金屬結構中形成的的局域表面等離子共振來研究光學監(jiān)測器。由于金屬中含有大量的自由電子，當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構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構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、結構陣列，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構陣列它們發(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構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)了金月牙納米結構的電荷大都分布在月牙尖端，而且電磁場增強也發(fā)生在月牙的尖端。后來我們通過對金月牙納米結構的吸收—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構的局域表面等離子共振