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金属纳米粒子修饰的氧化锌纳米线光热转换特性

张雅静  
【摘要】:金属表面等离激元共振在图像传感、生物医学领域有重要应用;宽带隙半导体纳米线被广泛应用于高温、高频下的大功率器件和光电子器件中,两种结构都可实现对电场的集中与增强。但是两者的共振对电场的放大作用有限,最终光热转换效率不高。随着微纳加工工艺的不断发展,对合成纳米线形状、尺寸的调控以及排布已不是难事。在此基础上,本论文希望充分利用金属纳米颗粒的表面等离激元共振效应的产热:引入氧化锌纳米线的漏模共振对太阳光进行初步的汇集,再将铝纳米棒置于其上对光进行共振吸收,从而使得两种效应协同作用产生局域极大增强的电场,基于此设计出了一种由铝纳米棒修饰的氧化锌纳米线复合结构,最终实现局域温度的上升。本论文主要研究内容如下:1.利用时域有限差分(FDTD)方法对以金、铝为原材料的纳米小球、纳米直链、纳米棒电场和产热分别进行了仿真,确定直径10 nm长度140 nm的铝纳米棒在空气中的等离激元共振效应产热最有优势,温度可达348 K。2.以多种形状的氧化锌纳米线为研究对象,选用不同方向入射时的场景,模拟了纳米线不同波长下的电场分布,确认了漏模共振发生时的入射方向以及共振最强的位置。3.将氧化锌纳米线与铝纳米棒以一定形式组合起来,探究了不同的排列形式的协同作用。结果表明,经由二者效应的协同作用,局域电场放大了2000-3000倍,局域温度升至457 K。本文构建了一种综合利用金属纳米结构表面等离激元共振效应和半导体纳米线漏模共振现象的模型,使局域温度得到大幅提升,有望利用该模型实现在太阳辐照下的消毒、杀菌。


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