贵金属纳米颗粒电磁场仿真分析

局域表面等离激元

局域表⾯等离激元

2016年6⽉11⽇　来源：中国物理学会期刊⽹

1 引⾔

把光场的能量集中到⼀个很⼩的区域可以显著地增强光和物质的相互作⽤，在这种条件下，我们可以很容易观测到物质的

⼀些⾮线性光学效应，强光还可以诱导物质的物理化学变化。在使⽤凸透镜等光学元件(见图1(a))聚焦光场时，不可避免会遇

到⼀个瓶颈，那就是光的衍射极限。图1(b)给出了透镜汇聚平⾏光后由于衍射产⽣的艾⾥斑的能量分布，光场的能量被聚焦在

⼀个与波长尺度相当的空间中，衍射极限限制了光场的聚焦区域的⼤⼩，同时也限制了光学显微技术的精度。如果把光场的能

量聚焦到⼀个远⼩于波长的尺度，不仅可以产⽣强场，⽽且可以⼤⼤促进光学显微技术的发展。但是如何进⼀步聚焦光场呢？

局域表⾯等离激元提供了⼀个解决办法(见图1(c)—(e))，具有局域表⾯等离激元特性的⾦属纳⽶颗粒可以把光场聚焦或局域到

远⼩于波长的纳⽶尺度空间内。

图1 (a)透镜聚焦平⾏光的⽰意图；(b)600 nm 的光经过凸透镜聚焦产⽣的艾⾥斑的能量分布，透镜直径和焦距都为2 cm；(c)贵⾦属纳⽶颗粒⽰意图；(d)直径30 nm、长度60 nm 的⾦纳⽶棒在其纵向共振波长(560 nm)处局域光场的能量分布，颜⾊条

下⾯的数字表⽰对数坐标下的相对电场场强数值(局域电场场强相对于激发光场强的⽐值)；(e)为(d)中虚线框的放⼤图

表⾯等离激元起源于⾦属(或⾼掺杂半导体)纳⽶结构中类⾃由电⼦在外电磁场激发下，电⼦运动与电磁场互相激励产⽣的

共谐振荡。类似于声⼦是晶体中原⼦集体振荡运动的量⼦化描述，表⾯等离激元(或称为电浆⼦)是电⼦及电磁场的共谐振荡量

⼦化后的准粒⼦。表⾯等离激元携带有相应的准动量和能量。在⾦属薄膜和介质的界⾯处，表⾯等离激元可以沿着界⾯传播(见图2(a))，传播的距离决定于材料本⾝由于电⼦共谐振荡⽽产⽣的欧姆损耗。这类表⾯等离激元被称为传导表⾯等离激元，

其具体描述可以参见童廉明与徐红星研究员发表在2012 年第9 期《物理》上的专题⽂章。在另外⼀种情况下，如果把⾦属制

银纳米粒子制备及SERS检测福美双

王斌;张莉

【摘要】柠檬酸钠还原法制备银纳米颗粒.通过紫外-可见吸收光谱(UV-Vis),X-射线衍射佼(FEXRD)和场发射扫描电子显微镜(SEM)对银纳米颗粒光学性质、结构和形貌进行表征,并用纳米粒度及Zeta电位分析仪测定其粒径分布.利用结晶紫作为探针分子表征了银纳米颗粒的SERS性能.利用表面增强拉曼光谱技术对农药福美双进行了检测.结果表明,银纳米颗粒粒径均匀,分布在35～45 nm之间.银纳米颗粒作为SERS活性基底,具有很好的效果；同时,对农药福美双有很好的检测效果.

【期刊名称】《宿州学院学报》

【年(卷),期】2014(029)001

【总页数】4页(P90-93)

【关键词】柠檬酸钠法;银纳米颗粒;SERS;福美双

【作者】王斌;张莉

【作者单位】安徽理工大学化学工程学院,安徽淮南,232001;宿州学院自旋电子与纳米材料安徽省重点实验室培育基地,安徽宿州,234000;宿州学院自旋电子与纳米材料安徽省重点实验室培育基地,安徽宿州,234000

【正文语种】中文

【中图分类】O614.122

1974年，Fleischmann等发现在粗糙的银电极上对吡啶的拉曼增强信号[1]，此后，表面增强拉曼光谱(SERS)迅速发展成为一种简单快速的痕量分析检测技术之一，在环境分析、化学、生物、医药等领域得到广泛的应用[2-3]。研究发现，除常见的贵金属材料Au、Ag和Cu外，半导体材料TiO2和ZnO2等也有SERS增强效果，但多以Au和Ag效果最佳。表面增强拉曼光谱具有较高的灵敏性和独特的指纹效应等特点，已成为近10年来研究的热点之一[4]。随着纳米材料的兴起和发展，研究开发了具有高活性的SERS金属纳米颗粒溶胶、膜、复合材料等。

SERS增强机理的研究与SERS活性基底的制备是人们广泛关注的问题。SERS增强的机理有电磁增强和化学增强，主要以电磁增强为主[5-6]。通过激发贵金属表面的表面等离子体(SP)产生局部电磁场来实现电磁增强，调控贵金属材料的形状(如颗粒、棒、线、花状、立方体、三角、六面体、核壳材料[7-8]等)和大小以改变金属表面的电磁场分布，实现金属表面不同程度的电磁增强。

热电子注入效率影响因素的仿真研究

李旺豪;杨婷;张震;桑胜波;菅傲群

【期刊名称】《太原理工大学学报》

【年(卷),期】2022(53)6

【摘要】以Fowler理论模型为基础,通过将热电子注入过程分为热电子的产生、传输和发射3个部分进行量化分析,仿真计算了入射光子能量、贵金属纳米颗粒尺寸、以及肖特基势垒高度3个因素对热电子注入效率的影响。仿真结果表明,入射光子能量和热电子注入效率之间存在正相关关系、半径为5 nm左右的贵金属纳米颗粒具有最佳的热电子注入效率、热电子注入效率随着肖特基势垒高度的升高而逐渐降低。仿真结果加深了热电子注入物理过程的理解,为等离子光催化剂和光电器件的设计提供了理论指导。

【总页数】7页(P1054-1060)

【作者】李旺豪;杨婷;张震;桑胜波;菅傲群

【作者单位】太原理工大学微纳系统研究中心;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部和山西省重点实验室

【正文语种】中文

【中图分类】TB333

【相关文献】

1.表面等离子共振热电子注入机理及在光催化与\r光电催化应用中的研究进展2.雪崩热电子注入对快速热氮化的SiO_xN_y膜陷阱的影响3.雪崩热电子注入研究富氮SiO_xN_y纳米级薄膜的陷阱特性4.热电子注入AlGaAs/GaAs异质结Gunn二极管的实验研究5.PECVD形成纳米级薄膜界面陷阱特性的雪崩热电子注入研究

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影响贵金属纳米颗粒表面等离子体共振因素评述

杨修春等：影响贵金属纳米颗粒表面等离子体共振因素评述　

影响贵金属纳米颗粒表面等离子体共振因素评述　

杨修春，刘会欣，李玲玲，黄　敏，赵建富　

（同济大学材料科学与工程学院，上海２０００９２）　

摘要：　贵金属纳米颗粒具有可调的共振吸收谱，被　

广泛用于光能传送器、近场扫描光学显微学、表面增强　

谱学、化学和生物传感器等。系统地评述了颗粒尺寸、　

颗粒分布、颗粒形状、颗粒体积分数、颗粒组成和颗粒　

结构等因素对金属纳米颗粒等离子体共振吸收性能的　

影响，有利于深入理解等离子体共振吸收的物理实质　

和实现对等离子体共振频率的调控。　

关键词：　贵金属；纳米颗粒；等离子体共振吸收；影响　

因素　

中图分类号：ＴＢ３３３　文献标识码：Ａ　

文章编号：１００１—９７３１（２０１０）０２—０３４１—０５　

１　引　言　

早在罗马时代，罗马人就利用金属纳米颗粒作为　

颜料掺杂于玻璃中，制备出闻名的莱克格斯（Ｌｙｃｕｒ—　

ｇｕｓ）杯。该杯至今仍保存在大英博物馆中，在反射光　

下，该玻璃奖杯为绿色，在透视光下，该玻璃奖杯为红　

色＿１］。１８５７年，Ｍｉｃｈａｌ　Ｆａｒａｄａｙ＿２　系统地研究了金胶　

体的制备及其与颜色之间的关系。自此以后，金属纳　

米颗粒的制备和光学性能成为研究热点ｌ＿３　。贵金属　

纳米颗粒具有不同于体材料的表面等离子体共振　

（ｓｕｒ｛ａｃｅ　ｐｌａｓｍｏｎ　ｒｅｓｏｎａｎｃｅ，ＳＰＲ）性质，可应用于表　

面增强谱学、化学和生物敏感器、光能传送器、近场扫　

描光学显微学等领域＿】卜　］。大量的实验研究表明，金　

属纳米颗粒的光学性能随颗粒尺寸、颗粒尺寸分布、颗　

粒体积分数、颗粒微结构、颗粒形状和界面结构而变　

化，影响因素多而复杂。本文在前期研究工作的基础　

上，系统地评述了这些影响因素对金属纳米颗粒等离　

子体共振吸收性能的影响，有利于读者深入理解等离　

子体共振吸收的物理实质和实现对等离子体共振频率　

的调控。　

２球形纳米颗粒的等离子体共振吸收　

超材料电磁特性的仿真研究

随着电子技术的发展，材料科学也成为了一个越来越重要的领域。超材料是一种新兴的材料，它具有许多独特的性质，如超反射、折射、吸收和传输等。近年来，超材料在电磁学领域的研究日益受到关注。这篇文章将介绍超材料电磁特性的仿真研究。

一、超材料的电磁特性

超材料是一种由纳米材料组成的复合材料，相比于传统材料，超材料具有更加优异的电磁特性。超材料的电磁物理性态主要包括以下三个方面：

1、超反射：超材料可以反射大部分的电磁波。通常情况下，超材料在一定范围内的波长下具有较高的反射率，这是由于材料中具有类似于光子晶体的结构。

2、折射：由于超材料中含有较小或较大的折射率，它可以改变电磁波的传播方向。

3、吸收和传输：超材料可以根据需求吸收或传输电磁波。例如，开发光学超材料以实现将热辐射转化为可利用能源。

二、超材料电磁特性的仿真研究

超材料的电磁特性是由其结构决定的，因此，仿真研究是研发超材料的重要手段。目前，超材料的仿真研究主要有两种方法：

1、有限元法模拟法（FEM）：FEM是一种广泛应用于材料仿真的方法，它将材料划分为有限数量的元，并进行仿真计算。FEM将超材料划分为小块，然后进行多个步骤的电磁场计算。 2、有限差分法模拟法（FDM）：FDM是另一种常用的仿真方法，其原理是将模拟区域划分为小格子，然后模拟材料的电磁响应。FDM具有模拟速度快、精度高等优点。

三、超材料在器件中的应用

超材料的电磁特性为电子器件的发展带来了新的思路和方法。在日常生活中，超材料已应用于以下几个方面：

1、隐形衣：研发了一种超材料，可以使物体呈现消失的效果，因此可以将其用于制造隐形衣。

2、强化太阳能电池：目前，太阳能电池的转换效率仍然较低，但是使用超材料可以提高其效率。

3、RFID技术：在RFID标签中使用超材料，可以提高读取空间的范围和准确度。

四、结论

超材料是一种前途十分广阔的新型材料，其独特的电磁特性为电子器件的发展提供了新的契机。超材料电磁特性的仿真研究是研发超材料的关键手段。虽然目前超材料的应用还仅仅在实验室阶段，但是这个领域的不断发展将为我们带来更多的应用前景。

贵金属纳米颗粒表面等离子体效应解释

贵金属纳米颗粒表面等离子体效应是一种在纳米尺度下发生的现象，涉及到贵金属纳米颗粒的光学性质和电磁性质。以下是对这一效应的详细解释：

1. **贵金属纳米颗粒：** 贵金属通常包括黄金、银等，它们在纳米尺度下表现出特殊的性质。当这些贵金属被制备成纳米颗粒时，其表面积相对较大，同时其电子结构和光学性质也会发生显著变化。

2. **等离子体效应：** 在贵金属纳米颗粒的表面，存在一种称为等离子体效应的现象。这涉及到材料中自由电子的集体振荡。当贵金属纳米颗粒受到光照时，光子能量激发了金属中的自由电子，导致它们在颗粒表面形成一种共振振荡的状态，即等离子体振荡。

3. **光学性质变化：** 等离子体效应导致贵金属纳米颗粒对光的吸收、散射和透射发生变化。其中，最引人注目的是吸收和散射的增强。由于等离子体振荡的共振效应，贵金属纳米颗粒能够高效地吸收和散射光，使其光学性质发生显著调制。

4. **应用：** 贵金属纳米颗粒表面等离子体效应在许多应用中得到了利用，包括传感器、生物标记、光学成像、纳米激光和表面增强拉曼散射（Surface-Enhanced Raman Scattering，SERS）等领域。这些应用充分利用了等离子体效应引起的光学增强现象，提高了各种技术的性能。

总体而言，贵金属纳米颗粒表面等离子体效应是纳米技术领域中的一个重要现象，为许多领域的研究和应用提供了新的可能性。

木质素还原制备金纳米颗粒及其催化性能

林业工程学报，２０２４，９（１）：１０９－１１６ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｏｒｅｓｔｒｙＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤＯＩ：１０．１３３６０／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９６－１３５９．２０２３０５０２４

收稿日期：２０２３－０５－３０修回日期：２０２３－０９－２５基金项目：国家重点研发计划（２０２２ＹＦＣ２１０５５０３）；广西自然科学基金（２０１８ＪＪＡ１３０２２４）；广西博世科环保股份有限公司国家企业技术中心开放项目。作者简介：李茉琰，女，研究方向为木质素基复合功能材料。通信作者：闵斗勇，男，教授。Ｅ⁃ｍａｉｌ：ｍｉｎｄｏｕｙｏｎｇ＠ｇｘｕ．ｅｄｕ．ｃｎ木质素还原制备金纳米颗粒及其催化性能

李茉琰，龙杏，张清桐，梁展明，闵斗勇∗

（广西大学轻工与食品工程学院，广西清洁化制浆造纸与污染控制重点实验室，南宁５３０００４）

摘　要：自然界中的木质素来源广泛，其含量仅次于纤维素，是一种具有还原性的可再生芳香聚合物。本研究利用木质素在太阳光激发下还原Ａｕ（Ⅲ）制备金纳米颗粒（ＡｕＮＰｓ），并将其用于催化还原废水中的有机污染物。主要探究了不同木质素质量浓度、ＨＡｕＣｌ４浓度、光照时间等条件对ＡｕＮＰｓ粒径及形貌的影响；利用紫外⁃可见光谱仪、纳米粒度仪、透射电子显微镜（ＴＥＭ）、Ｘ射线光电子能谱分析（ＸＰＳ）对ＡｕＮＰｓ理化性质进行了表征。结果表明，木质素作还原剂成功制备了ＡｕＮＰｓ，最佳制备工艺如下：木质素质量浓度为０．１ｍｇ／ｍＬ，ＨＡｕＣｌ４浓度为１．００ｍｍｏｌ／Ｌ，ＨＡｕＣｌ４溶液与木质素溶液体积比为４∶１，光照时间为６０ｍｉｎ，此条件下制得的ＡｕＮＰｓ平均粒径为３２．１４ｎｍ。此外，以亚甲基蓝（ＭＢ）和对硝基苯酚（４⁃ＮＰ）为污染物模型物探究了ＡｕＮＰｓ的催化性能，结果表明，ＡｕＮＰｓ对ＭＢ和４⁃ＮＰ具有良好的光催化还原性能，反应速率常数分别为０．７６５８和０．３１６６ｍｉｎ－１。木质素还原Ａｕ（Ⅲ）制备得到的ＡｕＮＰｓ／木质素用于废水中染料和硝基芳香族污染物的光催化还原，不仅实现了木质素的高

电磁场在电动微流体芯片中的仿真

中国计量学院本科毕业设计（论文）

中国计量学院

本科毕业设计（论文）

电磁场在电动微流体芯片中的仿真

Simulation of Electromagnetic Fields

in Electric Micro-fluidic Chip

学生姓名朱蔚杰学号 0700201334

学生专业测控技术与仪器班级 07测控3班

二级学院计量测试工程学院指导教师张凯副教授

中国计量学院

2011年5月

中国计量学院本科毕业设计（论文）

郑重声明

本人呈交的毕业设计论文，是在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，所有数据、图片资料真实可靠。尽我所知，除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含他人享有著作权的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确的方式标明。本学位论文的知识产权归属于培养单位。

学生签名：日期：

中国计量学院本科毕业设计（论文）

分类号：密级：

UDC：学校代码：

中国计量学院

电磁场在电动微流体芯片中的仿真

Simulation of Electromagnetic Fields

in Electric Micro-fluidic Chip

作者朱蔚杰学号 0700201334

申请学位工学学士指导教师张凯副教授

学科专业测控技术与仪器培养单位中国计量学院

贵金属复合的制备及SERS性能研究

基于ZnO纳米片的贵金属复合的制备及SERS性能研究

表面增强拉曼散射（SERS），对目标分析物具有很强的信号放大和“指纹”识别功能，它在超微量化学和生化分析上提供了很好的机会[1, 2]。这种增强主要是由电磁场增强引起的，主要由等离子体引起的非常大的电场出现在所谓的位于贵金属纳米空间的“热点”区域[3]。到目前为止，纳米结构组装体系已在相邻纳米结构的纳米尺度间隙之间[4]创建成“热点”区域。从“热点”角度看，单个“热点”通常形成于关联纳米粒的组装系统中，如纳米颗粒之间[5]，纳米颗粒与纳米线之间[6, 7]，纳米颗粒与纳米片之间[8]和纳米颗粒–膜组装系统[9]。而“热线”可以形成纳米线相关的组装系统，如平行的纳米线之间[10, 11]，纳米线–膜组装系统[12]。通过类比，平行的纳米片–纳米片组装的系统可以在相邻的纳米片间隙之间提供“热平面”区域，而不是“热点”或“热线”区域。一般来说，相比“热点”和“热线”区域，分析物分子更容易定位在“热平面”区域。因此，基于SERS的痕量检测，我们知道，由平行的纳米片组装的系统应该有很好的应用前景。到目前为止，只有少数的纳米片组装的系统已用作SERS活性基底。

多年来，SERS基底主要限制用于贵金属（金，银，铜）结构。最近，它已被发现应用于各种半导体材料，如ZnO[13]ZnS[14]TiO2[15]Cu2O[16]和CuO[17]。可能产生微弱的SERS活性，其增强因子的范围从101-103。因此，半导体（硅，氧化锌，二氧化钛）和贵金属（金、银）构成的复合材料或异质结构吸引了人们的注意，这种复合材料之所以具有较高的SERS效应，可能是来自于电磁场增强（由局部表面激发贵金属等离子体共振）和半导体支撑化学增强（由电荷引起的贵金属和相邻半导体之间的转移）的作用[18]。氧化锌，一个具有3.37

eV的直接带隙的多功能半导体材料，由于其光谱的化学增强的性能受到了特别的关注 [19]，几种方法用于制备这一新型的ZnO /贵金属混合SERS基底。比如说：通过敏化、活化Sn2+或通过照射紫外光（无电镀法）在ZnO纳米棒的表面组装银纳米粒子[20]。

电磁场仿真技术研究

一、绪论

电磁场是指空间中存在电荷或电流时，在空间中引起的物理场。在现代电子技术、通信技术、及计算机技术等领域中，电磁场仿真技术是一个非常重要的研究方向之一。电磁场仿真技术可以帮助我们更好地理解和掌握电磁场的本质和规律，同时也可用于各种电磁器件的设计、开发和优化。本文将深入探讨电磁场仿真技术的相关研究。

二、电磁场仿真技术的理论基础

1. Maxwell方程组

Maxwell方程组是电磁学中最重要的基本方程组，它描述了电磁场的本质和规律。Maxwell方程组分为四个方程式，分别是高斯定理、法拉第电磁感应定律、安培定理和电荷守恒定律，这四个方程共同描述了电场、磁场和电荷之间的相互作用关系。电磁场仿真技术的基础就是依据Maxwell方程组对电磁场进行求解和仿真。

2. 有限元法

有限元法是一种数值计算方法，是目前电磁场仿真技术中应用最广泛的方法。有限元法的基本思想是将复杂的电磁问题分割成许多小的、基本的几何体元，然后在每个单元中求解Maxwell方程组，最后通过有限元的组合计算出整个问题的电磁场分布。有限元法的优点是可以对任意复杂的电磁问题进行精确的数值计算和仿真。

3. 有限差分法

有限差分法是另外一种常用的电磁场数值计算方法。有限差分法是将空间离散成网格，在每个网格点上使用差分公式求解电场和磁场，最终得到整个区域的电磁场分布。有限差分法相对于有限元法而言，计算速度更快，但精度稍逊一些。

三、电磁场仿真技术的应用领域

1. 电子器件的设计和开发

电磁场仿真技术在电子器件的设计和开发中扮演着非常重要的角色。通过电磁场仿真可以快速得到电子器件的电磁场分布情况，从而指导电子器件的设计和优化。例如，利用电磁场仿真技术可以直接得到电子器件的电容、电感等电学参数，以及电场、磁场等物理参数，帮助设计者更加准确地把握电子器件的重要性能。

2. 通信技术

电磁场仿真技术在通信技术中的应用也非常广泛。例如，利用电磁场仿真技术可以对通信天线进行优化设计，以达到更好的发射和接收信号的效果。此外，利用电磁场仿真技术还可以对电磁干扰和电磁兼容性进行分析和研究，从而保障通信系统的稳定性和可靠性。